Metalurgia-to nauka o metalach i stopach oraz o metodach i procesach ich otrzymywania i kształtowania. Wyróżnia się: -fizykę metali,-teorię procesów metalurgicznych,-teorie przeróbki plastycznej. Metalurgia-jest to proces otrzymywania metali z rud i surowców wtórnych i nauka o tych procesach, oraz przetwarzanie metali surowych na metale użyteczne i stopy metali. Proces metalurgiczny: wstępna przeróbka-> wzbogacanie grawitacyjne, ogniowe, magnetyczne lub przez flotację->spiekanie miałkich proszkowych rud (aglomeracja)->wydzielanie metalu z rudy lub koncentratu->wynik surowy metal->rafinacja metalu-> metal użytkowy:1stopy przeznaczone do obróbki plastycznej.2stopy do odlewania. Flotacja-wzbogacanie rud-metodami, segregacja składników oparta na wykorzystaniu zjawisk powierzchniowych, zapewnia opłacalną przeróbkę rud do zwartości znacznie <0,4% metalu. Materiały sproszkowane są selekcjonowane dzięki różnicowanej ich zwilżalności spowodowanej fizykochemicznymi właściwościami drobno zmielonych materiałów względem specjalnie dobranej cieczy flotacyjnej. Otrzymywanie metali nie żelaznych jest trudniejsze kosztowniejsze i bardziej skomplikowane w porównaniu do metali do metali żelaznych ze względu na znacznie mniejsze zawartości tych metali w rudach. PODZIAŁ METALURGII Pirometalurgia-dział metalurgii obejmujący procesy prowadzone w wysokich temperaturach. Aglomeracja- jest to spiekanie miałkowych rud z dodatkiem konserwantów(pyłów, zgrzeliny, itp.) Hydrometalurgia- jest to otrzymywanie rud metali wraz z rafinacją przez wydzielenie ich z wodnych roztworów soli metali otrzymywanych poprzez lugowanie rud. Elektrometalurgia-otrzymywanie metali i stopów lub ich rafinacja w piecach elektrycznych. Otrzymywanie metali: 1-za pomocą elektroliz stopniowych w soli np. Al. Mg 2- elektrolityczna rafinacja metali w piecach elektrycznych, indukcyjnych łukowych, do wytapiania stali głównie stopowych, żelazostopów, metali nieżelaznych. Metalurgia proszków-dział zajmujący się wytwarzaniem proszków oraz przedmiotów z tych proszków w postaci np. spieków Procesy metalurgii proszków:1-wytwarzanie proszków w wyniku mielenia materiałów zwłaszcza kruchych; redukcji związków najczęściej tlenków; wytrącanie z roztworu lub elektrolitycznego osadzania proszku. 2-zagęszczanie proszku, prasowanie w formach. 3-spiekanie w temperaturze nie przekraczającej temperatury topienia metali wyjściowych. Metalurgia próżniowa-dział zajmujący się procesami przebiegającymi przy niskich ciśnieniach. Umożliwia to otrzymywanie metali o bardzo wysokim stopniu czystości a także przeprowadzenia obróbki cieplnej w szczególności dla materiałów o dużej aktywności w stosunku do tlenu(usuwa się tlen, wodór i azot). METALURGIA ŻELAZA: Żelazo i stopy otrzymuje się w 2 etapach: 1-z rud wytapia się w wielkim piecu o dużej zawartości domieszek surówkę (metalurgia surówki) 2-z surówki wytapia się żeliwo np. stal w konwertorze lub piecu elektrycznym, stal w piecu martenowskim . Sprawność i wydajność wielkiego pieca zależy od:1-właściwego przygotowania koksu 2-prowadzenia procesów spalania 3-wprowadzenia do dmuchu dodatku tlenu lub paliw zastępczych. Materiały wsadowe do wielkiego pieca: -odpowiednio przygotowana ruda żelaza -koks wielkopiecowy -topniki np. CaCO₃ -powietrze zimne podgrzewane do temp.1300ºC w regeneratorach i reduktorach -gaz+paliwa zastępcze(wodór, tlen). Produktami wielkiego pieca są:

- surówka wielkopiecowa(4% C0,75-Si0,5-Mu,0,2P- surówka odlewnicza (półprodukt do przygotowania odlewania,)

-gaz wielkopiecowy (gardzielowy)

-żużel wielkopiecowy

-żużel wielkopiecowy

Procesy przy wielkim piecu:

- Redukcja bezpośrednia(np. Midrex) są to procesy produkcji żużla poza wielkim piecem bez użycia koksu w wyniku procesu: FeO+H₂=Fe+H₂O

Proces wielkopiecowy jest procesem ciągłym w czasie tego procesu następuje redukcja tlenku żelaza z rudy odpowiednio przygotowanej.]

Sposoby przygotowania rud:

- spiekanie -grudkowanie -brykietowanie

Ruda żelaza - związki Fe + domieszki (+mangan, wolfram, nikiel, -chrom, miedź, siarka, cynk., ołów)

I skała płonna - krzemionka lub tlenek glinu lub kalcyt lub magnezyt

Rudy Żelaza:

-Magnetyt(73%Fe)-Hematyt(79%Fe) Limonit(50%) -Syderyt(48%Fe)

Spiek jest to miałka ruda Ø<8mm w skład jego wchodzą topniki(kamień wapienny i dolomit) oraz koks(ok. 8%); spiekanie - nadtapianie w temp. 1250-1320 i na taśmach spiekalniczych.

Grudki to bardzo miałki koncentrat(bentomit woda )

Grudkowanie jest bębnowe talerzowe i wypalanie w piecach szybowych na taśmach i w piecu obrotowym.

Brykiety- prasowanie pod ciśnieniem 100 MPa tamp 900 i redukcja rudy do 50%

KOKSOWNICTWO

- węgiel urobkowi (popiół <30%)

- węgiel kamienny wzbogacony<9%popiół)

-przygotowanie wsadu i załadunek baterii koksowniczej(rozdrabnia się węgiel +suszenie +ubijanie węgla lub wsypanie węgla do baterii)

-koksowanie w komorach koksowniczych 850-1500C, od 14do20h(sucha destylacja bez dostępu powietrza).

Produkty: -gaz koksowniczy - benzol - woda odciekowa - smoła - koks Øod 60 do 80mm *reakcyjność O₂ i CO₂ i parą *szczelinowość )

TOPNIKI(wsad do wielkiego pieca)-sa to materiały mające na celu przeprowadzenie skały płonnej do żużla. Stosowane w celu związania niemetalicznych składników wsadu, łatwiejszego ich oddzielenia. Topniki powodują obniżenia temp. topnienia żużli i obniżenie jego lepkości> Mają odczyn zasadowy. Topnika WP są : - kamień wapienny( 95% CaCO₃ )--dolomit CaNg(CO₃)₂Topnik podawany jest z rudą żelaz( w spieku w grudkach luzem jako oddzielny wsad)Zadania żużlu: - odżużlenie skały płonnej rudy -przeprowadzenie krzeminki w ciekły żużel

Efekty: Żużel wielkopiecowy

WSAD GAZOWY W WIELKIM PIECU - Zimne powietrze przepuszczone przez regeneratory daje podgrzane powietrze do temp. 1200-1300 C. Podnosi to sprawność procesu wielkopiecowego, do powietrza wprowadza się gaz lub paliwo zastępcze. Nagrzewnica dmuchu w wilkim piecu składa się z wdwoch cyklów trwają 40 ,45 minut: - opalanie (spalanie paliwa, nagrzewanie kratownicy czyli wymiennika ciepła)-nagrzewanie powietrza od nagrzewanej kratownicy.

REAKCJE REDUKCJI Fe W WIELKIM PIECU - Dedukcyjność - cecha określająca zdolność oddawania tlenu reduktora wielkiego pieca przez tlenki żelaza zawarte w rudzie. Duża dedukcyjność zwiększa udział redukcji pośredniej, zmniejsza zużycie koksu w procesie WP.

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.

OTRZYMYWANIE Fe W PROCESIE RE>BEZPOS:- procesy w produkcji Fe bez użycia koksu - produkt Fe bardziej czysty niż surówka w WP - produkt Fe jako żelazo gąbczaste.

Procesy:Midrex, Corex, Midlant - ross,

Wsad- grudki rudy( Fe₃O₄+Betonit+woda) temp1250 -1350C.Urządenia do procesu Midrex: -zasobnik grudek, - piec szybowy, -płuczka gazu, - agregat do rozkładu gazu ziemnego, - podgrzewacz gazu , - zbiornik gazu, - taśma, - zasobnik gotowych grudek. METALURGIA STALI

Stal to stop Fe z C i innymi pierwiastkami (Mn, Si , P i S)obrobiony plastycznie i cieplnie w procesach stalowniczych ze stanu ciekłego. Podział ze względu 1. skład chemiczny - węglowe - stopowe 2 . zastosowanie (konstrukcyjna, narzędziowa, o szczególnych własnościach fizycznych) 3 Stopień czystości ( zwykłej jakości, wyższej , najwyższej) 4 sposób wytwarzania (martenowska, konwertorowa, elektryczna i inne) 5 sposób odtleniania ( uspokojona, półuspokojona i niuspokojona). DOMIESZKI- Fosfor(P) wróg numer 1 powoduje kruchość, gruboziarnistość segreguje, S- wróg numer 2 powoduje kruchość na gorąco, niska spawalność; składniki pożądane - C poprawia spawalność stali - Mn-poprawia HB, Rm-Si poprawia HB i Rm, zazwyczaj stale sprężynowe-Cr poprawia RM i HB, odporność na korozję i żarowytrzymałość

METALURGIA STALI to procesy stalownicze przeprowadzane na ciekłej surowce w piecu , konwertorze lub kadzi, mające na celu uzyskanie stali o odpowiedniej jakości . Materiały w procesach stalowniczych to: surówka ciekła- surówka stała - żelazostopy - materiały żużlotwórcze(topniki)-gazy (powietrze tlen) Metalurgia stali dzieli się na: - 1.proces martenowski, 2p. konwektoeowy ( - Bessemera, Thomasa, tlenowy )3.p.elektryczny (łukowy, indukcyjny i EPS)wynikiem ww procesów jest stal o niskiej jakości .>>>(obróbka pozapiecowa (kadź, piecokadż)jest realizowana poprzez przedmuchiwanie ciekłej stalli gazami( powietrze, O₂, argon,azot)oraz w procesach metalurgicznych metalurgicznych próżni . Efektem obróbki pozapiecowej jest stal wysokiej jakości . PROCES MARTENOWSKI - jest to wytapianie stali w piecu martenowskim( jest najbardziej skąplikowanym ze wszystkich pieców metalurgicznych) najważniejsza część pieca to przestrzeń robocza regeneratora. PALIWO PIECA- gaz ziemny, czasem olej opałowy. GZ jest dodatkiem gazu wielkopiecowego lub koksowniczego.

WYPRAWA PIECA(obumrze)-trzon :zasadowy(magenyt,dolomit)-sklepienie : kwaśne (z dodatkiem krzeminki )

Wsad do pieca martenowskiego:- złom stalowy, - surówka stała lub ciekła- ruda Fe, -topniki(CaO, Ca, CO₃, MgO, CaF₂,)-żelazostopy (Fe-Cr,Fe-Mn, Fe-Si)-odtleniacze (Fe-Si-Mn,Al.)

Atmosfera pieca jest utleniająca(Para wodna, CO₂, O₂)

Przebieg procesu w piecu Martenowskim -naprawa rozpustowa, - ładowanie wsadu, - roztapianie wsadu -świerzenie stali tj. wypalanie- utlenianie C do żadanej ilości %, tlen pochodzi z rudy Fe. Swierzenie stali nazywa się też gotowaniem lub też utlenianie Si,P,S,Mn. Świerzenie składa się z: - odtleniania(po dodaniu Fe-Si-Mn, Mn) - spust stali do kadzi, - odtlenianie w kadzi (osadowe), - odtlenianie do wlewnic lub cos.

PROCESY KONWEKTOROWE WYTAPIANIA STALI - to metody wytwarzania stali z ciekłej surówki polegające na przedmuchiwaniu kąpieli metalowej powietrzem, mieszanina pow. z 0₂ lub czystym 0₂ albo nadmuchiwanie tych gazów na powierzchni ciekłego metalu w otwartym zbiorniku przechylnym tzw. konwertorowym (produkty: stal, dodatkowo żużel i gazy)

PODZIAŁ KONWERTORÓW: 1. Powietrzne (wsad surówka+pow.+ruda) - Bessemera, - Thomasa - Tropensa, 2. Tlenowe (przedmuchiwanie kąpieli metalowej 0₂) - lancą z góry (-LD, - LD-AC, - OLP), - przez otwory w dennicy (dno konwertora (LWS, Q-BOP)) 3. Przedmuchiwanie kąpieli: - dolny dmuch, - boczny dmuch, - górny dmuch,.

Ciepło w konwertorach pochodzi z reakcji egzotermicznych (utleniania domieszek) Wyprawa ogniotrwała konwektora tlenowego: 1. Rodzaje wyprawy konwektora - zasadowa, - kwaśna, (decyduje o możliwości usuwania ze stali lub surówki P i S), 2. Zarówno P jak i S usuwa się ze stali za pomocą Ca0, CaF₂, wdmuchują się one lancą do konwektora lub wrzuca się w workach papierowych. Gdy wyprawa pieca jest kwaśna nie wolno odsiarczać Ca0, bo wapno zamiast odsiarczać stal wg. reakcji wiąże się z wyprawą konwektora i niszczy ją. Dlatego wszystkie współczesne konwektory mają wyprawę zasadową lub obojętną tj. szamotową. Pierwiastki w surówce które są zbędne w stali świeżą się(utleniają)tak samo jak we wszystkich procesach konwertorowych: -najpierw utlenia się tlenem z wdmuchu żelazo według reakcji [Fe]+1/2[O₂]->[(FeO)] następnie[(FeO)]+[Mn]->(MnO)+[Fe]; [(FeO)]+[Si]->(SiO₂)+[Fe]; [(FeO)]+[C] ->(CO)+[Fe] ten sam Fe może być w metalu lub żużlu. Tomasyna-jest to nawóz fosforowy: (P₂O₅)+4(CaO)->4(CaO*P₂O₅)

KONWERTORY TLENOWE. Proces LD konwertorów tl. polega na przedmuchiwaniu ciekłej stali tlenem, wapno wprowadza się oddzielnie na początku procesu przedmuchiwania. Wsad w procesie LD:-ciekła surówka,- topniki żużlotwórcze, złom i ruda Fe do chłodzenia kąpieli, -materiały nawęglające: grafit, koks mielony, -żelazostopy:FeMn,FeSi,SiMn,FeCr,Ni,-odtleniacze:FeSi,Al, Przebieg procesu LD: 1. Załadunek wsadu stałego i ciekłej surówki, 2. Dodanie wapna, rudy Fe i fluorytu, 3. Przedmuchiwanie kąpieli tlenem, ok.30min. świerzenie z reakcjami wypalania (płomień w gardzieli), 4. Zatrzymanie dopływu tlenu i spuszczenie żużla, 5. Sprawdzenie składu chemicznego temp. 6. Przelanie do kadzi, 7. Uzupełnienie składu chemicznego i odtlenianie. Proces OLP - różni się on od LD tym, że wapno wprowadzamy razem z tlenem lancą - wsadem jest ciekła surówka, - wapno tylko sproszkowane, wdmuchiwane z 0₂ od początku procesu do końca świerzenia, - ściąganie 1 lub 2 żużli pośrednich bogatych w Ca0 oraz P i S a ubogich Fe.

ELEKTROMETALURGIA: Procesy elektryczne-to procesy otrzymywania stali w których ciepło potrzebne do topienia wsadu i podgrzewania stali pochodzi z energii elektrycznej. Rodzaje procesów: -proces łukowy(piec elektryczny łukowy) -proces indukcyjny(piec elektryczny indukcyjny) -elektrożużlowe przetapianie stali. Proces łukowy-Są dwa rodzaje pieców elektrycznych łukowych 1-piec łukowy o łuku pośrednim 2-piec łukowy o łuku bezpośrednim(okno wsadowe, okno spustowe -wylewanie stali). Najczęściej do wytopu stali w procesie łukowym stosuje się piece z wyłożeniem zasadowym. Bardzo rzadko z wyłożeniem kwaśnym. Elektrody w piecu łukowym wykonane są z prasowanego grafitu. Wytapianie stali w piecu łukowym może odbywać się z pełnym świeżeniem lub tzw. odzyskowe(z dużym udziałem złomu-wyłożenie kwaśne). Proces wytapiania stali(staliwa)metodą świeżenia z podwójnym ściąganiem żużla w piecu łukowym:1-Naprawa wymurówki pieca po poprzednim spuście 2-Ładowanie wsadu stałego i żużla syntetycznego 3-Roztapianie wsadu 4-Świeżenie-wypalanie C,Si,Mn,P,S i in. 5-Usunięcie żużla po świeżeniu (zbieranie nadmiaru fosforu) 6-Odtlenianie dyfuzyjne 7-Usunięcie żużlu po odtlenianiu 8-Wprowadzenie dodatków stopowych 9-Spust stali(staliwa)do kadzi 10-Dodatkowe odtlenianie w kadzi tzw. odtlenianie osadowe. Odtlenianie osadowe-to odtlenianie za pomocą pierwiastków o dużym powinowactwie do tlenu: Si,Al. i Mn jako tzw. żelazostopy odtleniające(Fe-Si,Fe-Mn,Fe-Mn-Si,Al.)[Mn]+ [O] -> (SiO) temp. topnienia 1778ºC;[Si]+ 2[O] -> (SiO₂) temp. topnienia 1710ºC;2[Al]+ 3[O] -> Al₂O₃ temp. topnienia 2051ºC. Odtlenianie dyfuzyjne (żużlem):proces długi od 1,5-2h warunkiem tego odtleniania jest zachowanie równowagi pomiędzy stężeniem tlenku żelaza FeO w metalu i stężeniem FeO w żużlu jest to proces w którym musimy wywołać różnicę pomiędzy [FeO] i (FeO).Warunek równowagi: L_FeO=[FeO]/(FeO)=const. Jeśli zmniejszymy stężenie w żużlu(FeO)to[FeO]z metalu będzie przechodzić do żużla. Zmniejszenie FeO w żużlu dokonuje się poprzez łączenie FeO z mieszankami odtleniającymi. Odtlenianie dyfuzyjne dzieli się na: -Odtlenianie pod żużlem białym(mieszanina wapnia).Reakcje odtleniania dyfuzyjnego: 1-(C)+(FeO) ->[Fe]+{CO} 2-(C)+(MnO) ->[Mn]+{CO}

Odtlenianie dyfuzyjne pod żużlem karbidycznym(węglowym)-mało wapna dużo węgla: 1- (CaO)+3(C)->(CaC₂)+{CO} 2-(CaC₂)+3(FeO)->3[Fe]+(CaO)+2{CO}

Odsiarczanie tym samym żużlem: [FeS]+2(CaO)+(CaC₂) ->3(CaS)+3[Fe]+2{CO}↑.

Unoszenie się do góry {Co} sprawia wrażenie że metal się gotuje i miesza bardzo intensywnie. Wytop stali w piecu indukcyjnym: -rdzeniowe; -bezrdzeniowe} dzięki tym piecom można precyzyjnie regulować przebieg procesu. Proces wytopu stali w piecu indukcyjnym(proces kwaśny-wyłożenie kwaśne):1-Wprowadzenie materiałów wsadowych(złom, sórowki do 15%) 2-Wprowadzenie żelazostopów i metali stopowych(FeSi,FeCaSi,SiAlMn) 3-Wprowadzenie materiałów żużlotwórczych (wapno, piasek, fluoryt) 4-Wprowadzenie materiałów nawęglających. Obróbka pozapiecowa stali=Metalurgia pozapiecowa -CELE:1-Ujednorodnienie składu chemicznego 2-Doprowadzenie ciekłej stali do odpowiedniego składu chem. i temp. 4-Zmniejszenie ilości szkodliwych składników, głównieS<0,005% 5-Przeprowadzenie głębokiego odtleniania przy małej zawartości wtrąceń niemetalicznych. Metody: 1-Obróbka ciekłej stali w próżni. 2-Obróbka ciekłej stali gazami obojętnymi(Ar) 3-Obróbka ciekłej stali syntetycznymi żużlami. Proces Argonowotlenowy(AOD): -Wytop stali w piecu łukowym; -Obróbka ciekłej stali w konwertorze AOD(Ar+O₂). Proces VOD-Proces próżniowo tlenowy- wykorzystuje się go do produkcji stali chromowych i chromowo niklowych(nierdzewnych). Proces ten polega: 1-Wytop stali w piecu łukowym 2-Przelanie do kadzi 3-Obróbka w komorze próżniowej(polega na przedmuchiwaniu kąpieli tlenem i przedmuchiwaniu kąpieli argonem) 4-Wyjmowanie kadzi z komory próżniowej 5-Odlewanie stali.

Pierwsza Zasada dynamiki -jeżeli na ciało nie działa żadna siła lub siły działające równoważą się to te ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym.

Druga Zasada dynamiki -jeśli na ciało działa siła to taki ciało porusza się ruchem zmiennym. Przyśpieszenie jest wprostproporcionalne do wypadkowej sił działających na to ciało

F=m • a

Trzecia Zasada dynamiki -Każdemu działaniu (akcji) towarzyszy zawsze równe lecz skierowane w przeciwną stronę przeciwdziałanie (reakcja). LUB

Jeżeli ciało A działa na ciało B z siłą Fab to jednocześnie ciało B działa na ciało A z siłą Fba. Siły te mają tę samą wartość, ten sam kierunek, lecz przeciwne zwroty. Fab= -Fba

Siły te nie równoważą się ponieważ są przyłożone każda z nich jest przyłożona do innego ciała.

Pęd ciała definiujemy jako iloczyn masy ciała i jego prędkości.

P=m • v

Popęd siły definiujemy jako iloczyn siły i czasu jej działania.

Masa -jest miarą bezwładności ciał. Informuje nas ona o tym czy ciału łatwiej czy trudniej nadać przyśpieszenie. Masa zależy od prędkości.

Momentem bezwładności bryły sztywnej nazywamy sumę iloczynów mas poszczególnych jej elementów i

Ich kwadratów odległości od osi obrotu

Prędkość jest to stosunek drogi do czasu w którym ta droga została przebyta. V=s/t

Przyśpieszenie jest to stosunek przyrostu prędkości do czasu w którym ten przyrost nastąpił. A= V/t

Tarcie statyczne występuje kiedy stykające powierzchnie czy ciała nie przemieszczają się.

Tarcie kinetyczne występuje kiedy stykające powierzchnie czy ciała przemieszczają się.

---