Podział Metalurgii: 1.pirometalurgia - dział metalurgii obejmujący procesy prowadzone w wysokich temperaturach. Zastosowanie: przy wytwarzaniu i rafinowaniu (oczyszczaniu) metali; 2.hydrometalurgia - dział nauki obejmujący otrzymywanie metali z ich rud wraz z rafinacją przez wydzielanie ich z wodnych roztworów soli metali otrzymywanych poprzez ługowanie rud.
Do najważniejszych rud żelaza zalicza się: A) Żelaziak magnetyczny. Magnetyt jest tlenkiem żelazawo-żelazowvm. W stanie czystym zawiera 71,4% żelaza, w rudach natomiast zawartość żelaza wynosi 50-70%. Ma właściwości magnetyczne. Jest mało porowaty, stąd trudno się redukuje. B)Żelaziak czerwony. Hematyt jest tlenkiem żelazowym, zawierającym w stanie czystym 70% żelaza. Zawartość żelaza w rudzie wynosi 40-60%. Hematyty charakteryzują się dobrą redukcyjnością, ich wadą natomiast jest znaczna zawartość pyłu. C)Żelaziak brunatny. Występuje w kilku odmianach wodorotlenków żelaza, wobec czego w stanie czystym może zawierać różne ilości żelaza. W rudzie zawartość żelaza wynosi 25-50%. Rudy te zawierają dość dużo szkodliwych domieszek, w szczególności fosforu, lecz charakteryzują się dobrą redukcyjnością, usunięcie bowiem wody krystalizacyjnej czyni je porowatymi. Rudy polskie są ubogie, zawierają około 39% żelaza i są zanieczyszczone cynkiem oraz ołowiem; D)Żelaziaki szpatowe.
Koks jest paliwem i reduktorem w procesie wielkopiecowym. Wytwarza: a)CIEPŁO spalany w dolnej części Wielkiego Pieca - na poziomie dysz i powyżej) b)oraz gazy potrzebne do redukcji tlenu z rudy żelaza: 42 % CO, 2 % H2, 56 % N2.
Aglomeracja - spiekanie miałkich rud z dodatkiem koncentratów, pyłów zgorzeliny itp.
Wsad WP: ruda Fe, koks, topniki, powietrze
Metalurgia surówki. Proces wielkopiecowy: 1. proces ciągły wytwarzania żelaza; surówki wielkopiecowej; 2.oddzielenie od rudy tzw. skały płonnej w temp. 450 - 1500 stopni Celcjusza; 3.odpowiednią temp. w WP otrzymuje się z procesu spalania koksu; 4.Wsad do wielkiego pieca to: ruda Fe, koks, topniki, powietrze; 5.wynik procesu to produkty wielkiego pieca to: surówka, żużel, gaz wielkopiecowy tzw. gaz gardzielowy.
Surówka zawiera ok. 4%C, 0,7%Si, 0,5%Mn, 0,2%P i 0,02%S. Rozróżniamy: Surówkę przeróbczą, odlewniczą i zwierciadlistą.
Wyroby Wielkiego Pieca: 1.szamotowe; 2.ze stopionego mulitu; 3.karborundowe bezpośrednio wiązane; 4.chromowo -spinelowe; 5.korundowo-chromowe; 6.bloki węglowe ze spiekanego mulitu; 7.bloki grafitowe.
Topnik podawany z rudą żelaza (w spieku, w grudkach) lub luzem (oddzielny wsad). Zadania a)ożużlenie skały płonnej rudy Fe, b)przeprowadzenie krzemionki, tj. SiO2 w ciekły żużel im więcej SiO2 w rudzie Fe, tym więcej potrzeba koksu i topników. Efekt: żużel wielkopiecowy zasadowy. temperatura topnienia ok. 12000c. rozpuszcza siarkę s (> 92%).
Cel wytworzenia żużla wielkopiecowego - a)ochrona stali przed atmosferą panującą podczas topnienie; b)przejmowanie niepożądanych domieszek usuwalnych ze stali w czasie wytapiania i przebiegu procesów metalurgicznych pomiędzy stalą a żużlem; c)regulacja przebiegu procesów utleniania i odtleniania stali; d)ochrona cieplna i regulacja temperatury stali.
Wtrącenia niemetaliczne to tlenki siarki, fosforu, zwane są zanieczyszczeniami.
Spiekanie - usunięcie nadmiaru skały płonnej przez rozdrobnienie (<40 mm), odsianie podziarna poniżej 8 mm, spieczenie przemiału z topnikami (dolomit MgCO3 i kamień wapienny CaCo3), utworzenie samotopliwego spieku przez nadtopienie powierzchni ziarn rudy w temp. 1250 - 1320oC ; Spiekanie prowadzi się w warstwie rudy o wysokości ok. 300 mm, zasypanej na ruszt. Powstały spiek jest jednorodny pod względem składu chemicznego i wytrzymałości. Spiekanie prowadzi się na taśmie spiekalniczej.
Grudkowanie - metoda zbrylenia bardzo drobnych (poniżej 0,1 mm) koncentratów rudnych dodatkami wiążącymi bentonit lub wodorotlenek wapnia w ilości 0.5%. Grudki powstają z wilgotnego materiału w obracającym się urządzeniu grudkującym (bębnie lub talerzu).
Konstrukcja WP i funkcje: a)gardziel - kształt walca, materiały wsadowe rozkładają się zawsze na jednakowej powierzchni, zmniejszenie prędkości wylotowej gazów i zmianę kierunku wypływu strumienia gazu ze wsadu co oczywiście powoduje zmniejszenie ilości wydmuchiwanego pyłu. B)szyb- przekrój szybu musi zwiększać się ku dołowi, aby zapewnić miejsce dla zwiększającej się objętości wsadu oraz aby uniemożliwić zawiśnięcie koksu na ścianach szybu. C)przestron - wsad jest już plastyczny w tej części WP i zmniejsza się jego objętość dlatego przestron ma kształt walca. D)spadki - wsad rudny jest już całkowicie ciekły, dlatego spadki zwężają się ku dołowi aby prędkość spływania ciekłych produktów nie była zbyt szybka. E)gar - zachodzi spalanie paliwa dmuchem wtłoczonym przez dysze. F)kotlina - pozostawiona poniżej garu o wysokości 600-1200 mm, w której zbiera się surówka, zwiększenie wysokości kotliny zapewnia oddalenie ogniotrwałego trzona pieca od strefy najwyższej temperatury co zwiększa jego trwałość.
REDUKCYJNOŚĆ - cecha określająca zdolność oddawania tlenu reduktorom wielkiego pieca (C, CO, H2) przez tlenki żelaza zawarte w rudzie. Reakcja pośrednia- reduktorem jest CO (proces egzotermiczny). Reakcja bezpośrednia (reduktorem jest C lub H2, jest to proces endotermiczny).Reakcje te przebiegają przy koniecznym udziale CO.
Wsad do pieca martenowskiego: 1. Złom stalowy; 2.surówka stała lub/i ciekła 3.ruda żelaza (do świeżenia- wypalania węgla); 4.topniki (CaO,CaCO3, MgO); 5.żelazostopy (Fe-Cr, Fe-Mn, Fe-Si); 6.odtleniacze (Fe-Si-Mn, Al);
Proces Martenowski. tj. wytapianie stali (martenowskiej) w piecu martenowskim. piec martenowski jest najbardziej skomplikowany ze wszystkich pieców metalurgicznych. Najważniejsze części pieca to: a)przestrzeń robocza b)regeneratory. paliwo : gaz ziemny (czasami z dodatkiem gazu wielkopiecowego lub koksowniczego. Wyprawa pieca (obmurze): trzon: zasadowy (magnezyt, dolomit),
sklepienie: kwaśne (krzemionka).
Wsad do pieca martenowskiego: 1. Złom stalowy; 2.surówka stała lub/i ciekła 3.ruda żelaza (do świeżenia- wypalania węgla); 4.topniki (CaO,CaCO3, MgO); 5.żelazostopy (Fe-Cr, Fe-Mn, Fe-Si); 6.odtleniacze (Fe-Si-Mn, Al);
Rekuperator: w piecu martenowskim ma postać komory z odpowiednio ukształtowanymi kanałmi, gdzie gorące spaliny oddają ciepło gazowi opałowemu. Dzięki niemu możliwe jest osiągnięcie wyższej temperatury w komorze roboczej.
Regenerator: w piecu martenowskim zbudowany z cegieł ceramicznych dynasowych w formie ratowniczej, ułatwiającej przelot spalin, gazu i powietrza. Powietrze i gaz przepływające przez regenerator nagrzewają się.
Proces MIDREX - opracowany w 1965 roku w firmie Middland-Ross w USA. Jest najbardziej dopracowanym technicznie i konstrukcyjnie procesem redukcji rud żelaza za pomocą mieszaniny składającej się z gazu ziemnego i odlotowego gazu (gardzielowego). Jest to piec szybowy, zaopatrzony od góry w zamykaną gardziel, na dole system odbioru żelaza gąbczastego. Posiada dwie strefy: redukcji i chłodzenia. Wydajność pieca ok. 3000t/dobę.
Pieco-kadź - urządzenie w którym odbywa się proces wykańczania stali i rafinacji ciekłej stali. Zazwyczaj realizowany jest w piecu stalowniczym. Pieco-kadź umożliwia odtlenienie, odsiarczenie, poprawę morfologii wtrąceń niemetalicznych i temperatury oraz obniżenie kosztów produkcji stali. Zapewnia nie zmienność temperatury zlewania stali.
Proces Bessemera: 1.wyprawa kwaśna (SiO2) ; niestety nie można usunąć P i S; 2.temp. Wlewanej surówki z wielkiego pieca może być wysoka ၾ1650 stopni Celsjusza; 3.musi być w surówce mało P i S; 4.świeżymy tylko Si, Mn, C.
Proces Thomasa: a)wyprawa konwertora zasadowa b)temp. Ciekłej surówki - wprost z wielkiego pieca : 1700 oC c)kolejność świeżenia Fe, Mn, Si, P, S d)surówka może mieć dużo P <1,5%.
Wyprawa ogniotrwała konwertora tlenowego. Rodzaj wyprawy konwertora, zasadowa (CaO, MgO) czy kwaśna (si02), decyduje o możliwości usuwania ze stali (surówki).
Konwertor tlenowy: a) z doprowadzeniem tlenu od góry przez lancę, b) z doprowadzeniem tlenu od góry przez lancę i od dołu przez dyszę lub kształtki gazoprzepuszczalne .
Wyprawa ogniotrwała konwertora tlenowego. Rodzaj wyprawy konwertora, zasadowa (CaO, MgO) czy kwaśna (si02), decyduje o możliwości usuwania ze stali (surówki).
Piec elektryczny łukowy. Istotą pieca elektrycznego łukowego jest powstanie dużej ilości ciepła z łuku elektrycznego i przekazywanie go do metalu topionego. Przekazywanie ciepła z łuku elektrycznego może odbywać się przez promieniowanie przez bezpośrednie istnienie łuku pomiędzy elektrodami a topionym metalem.
Proces indukcyjny: a)przy przepływie prądów wirowych wywołanych zjawiskiem indukcji elektromagnetycznej w elementach sprzężonych magnetycznie nagrzewany jest wsad. B)łatwa, szybka i dokładana regulacja temperatury c)krótki czas stapiania wsadu d)uzyskanie stali o małej zawartości wytrąceń niemetalicznych.
Stal - stop żelaza z węglem otrzymany w procesie metalurgicznym, poddany obróbce plastycznej, zawierający do 2,11%C. Kryteria podziału: a) skład chemiczny (węglowe, stopowe) b)zastosowanie (konstrukcyjne, narzędziowe) c)czystość - zawartość P i S (zwykła, podstawowa, wyższa jakościowa, najwyższa, specjalna) d)stopień odtlenienie (nieuspokojona, uspokojona) e)metoda wytwarzania (konwertorowa, elektryczna i inne) f)rodzaj wyrobu (blachy, kształtowniki, odkówki) g)postać (walcowan na zimno lub gorąco, kuta)
Topniki Stalownicze: kamień wapienny, dolomit, wapno, fluoryt, boksyt, piasek.
Proces VOD (lub LD-Vac). Charakterystyczną cechą stali odpornych na korozję jest duża zawartość dodatków stopowych a w szczegól. chromu, niklu, niewiele molibdenu i bardzo niska zawart. węgla najlepiej poniżej 0,05%. Tak niską zawartość węgla w stali bardzo trudno otrzymać i dlatego musimy się posłużyć procesem duplex to znaczy podwójnym procesem: wytapiania stali i jej obróbki pozapiecowej. Proces VOD jest najbardziej skomplikowanym procesem metalurgicznym, gdyż walczymy w nim o wysoką temperaturę stali, brak zgaru chemicznego chromu lub maksymalne jego ograniczenie, walczymy o korzystną atmosferę nad kąpielą metalową stali a jest nią tlenek węgla CO.
Proces AOD jest to proces również próżniowy, również z tlenem i próżnią przeznaczony nie tylko do wytapiania stali LC-SONK ale również wszystkich innych gatunków stali wysokostopowych, a więc: żaroodpornych, żarowytrzymałych, odpornych na zużycie a przede wszystkim stali z dużą ilością dodatków stopowych nie tylko chromu i niklu.