Politechnika Śląska w Gliwicach

Wydział Mechaniczny Technologiczny

Kierunek Mechanika i Budowa Maszyn

Projekt z Ekologii

Temat:

„Metalurgia surówki”

Wykonali:

Sebastian Kłoda

Piotr Kos

Wstęp

Zagadnieniem, jakim się zajęliśmy w naszej pracy jest metalurgia surówki. Metalurgia surówki jest gałęzią przemysłu ciężkiego - silnie oddziaływującego na nasze otoczenie. Chcielibyśmy przybliżyć właśnie problem zanieczyszczenia wód, gleb i atmosfery spowodowane działalnością hut. Przedstawimy stare technologie, do których zalicza się proces wielkopiecowy oraz nowsze technologie - proces midrex. Nowe technologie mają na celu redukcję zanieczyszczeń wpływając jednocześnie w sposób pozytywny na inne czynniki jak na przykład koszt wytwarzania surówki i jej wysoką jakość. W kocowej części pracy znajdą się sposoby redukcji zanieczyszczeń oraz inne aspekty ekologiczne.

Surówka jest to surowy metaliczny materiał, który dzięki zabiegom metalurgicznym na rudach metali lub koncentratach rudnych przyjmuje postać półwyrobu. Dalsze zabiegi metalurgiczne na surówkach prowadzą do wytworzenia metalicznych materiałów użytkowych w postaci stopów przeznaczonych do odlewania lub obróbki plastycznej.

Wstępna przeróbka rudy

Wzbogacanie

Spiekanie miałkich, proszkowych rud - aglomeracja

Otrzymywanie metalu z rudy lub koncentratu

Surowy metal - surowka (skutek procesu hutniczgo)

Rafinacja surówki

Stop użytkowy - stopy przeznaczone do obrobki plastycznej - stopy do odlewania

Schemat podstawowego procesu metalurgicznego

Podstawowe materiały wsadowe:

- Ruda, koncentrat lub spiek. Są to nośnik żelaza, dla którego wyróżnikiem wysokiej jakości są: maksymalna zawartość żelaza oraz minimalna ilość zanieczyszczeń. Najważniejsze rydy to magnetyt, hematyt, limonit oraz syderyt.

- Koks stanowiący paliwo i jednocześnie reduktor. Winien cechować się możliwie najwyższą wartością opalową, porowatością, wytrzymałością mechaniczną i odpornością na ścieranie oraz możliwie najniższa zawartością popiołu i siarki.

- Topniki jako główne składniki żużlotwórcze, czyli materiały obniżające temperaturę topnienia skały płonnej, wiążące popiół i siarkę.

- Powietrze stanowiące utleniacz przy spalaniu koksu reguluje ciepłotę wnętrze pieca oraz wszystkie procesy wielkiego pieca.

Rudy wydobyte w kopalni podlegają procesom przygotowawczym, ułatwiającym otrzymanie z nich surowca. Pierwszym zabiegiem jest sortowanie rudy. Do tego celu stosuje się sita rozdzielające rude na grupy o rożnej wielkości. Grube kawałki rudy poddaje się rozdrabnianiu na urządzeniach zwanymi łamaczami. Zbyt małe kawałki rud poddawane są aglomeracji poprzez spiekanie, które prowadzi do znacznego ich wzbogacenia.

Koks w wielkim piecu jest spalany w strumieniu gorącego powietrza ( 1200-1300^oC) dosta_­­­rczanego dyszami do dolnej części pieca.

Proces wielkopiecowy jest etapem produkcji, w wyniku którego otrzymuje się surówkę którą wykorzystuje się do wytwarzanie stopów żelaza przeznaczonych do przeróbki plastycznej oraz stopów odlewniczych.

Piece szybowe służące do produkcji surówki są największymi urządzeniami tego typu, i najprościej uzasadnia to pojęcie „wielki piec”. Z uwagi na wymaganą dużo wydajność i korzystne aspekty ekologiczne tylko piece szybowe zapewniają spełnienie stawianych wymagań. W celu zmniejszenia strat ciepła wraz ze wzrostem pojemności pieca jego smukłość maleje. Obecnie stosowane są w przemyśle piece osiągające wydajność 8000- 14000 ton surówki na dobę. Proces wielkopiecowy to proces ciągłej redukcji tlenków żelaza w rudach za pomocą spalanego z powietrzem koksu. Skutkiem przebiegającego bez przerw procesu jest nieustanne przemieszczanie się wsadu w dół szybu wielkiego pieca i ciągłe zbieranie się surówki i żużla w garze pieca, są one okresowo spuszczane z pieca.

Stałe materiały wsadowe wprowadzane są od góry poprzez gardziel do wnętrza pieca.

Surówki zależnie od przeznaczenia dzielimy na przeróbcze i odlewnicze. Przeróbcze to te z, których wytwarza się stale do przeróbki plastycznej. Surówki odlewnicze po przetworzeniu w płomieniach służą do wytwarzania wieli stopów odlewniczych.

Ubocznym produktem wielkiego pieca są żużle, pumeks, tłuczeń.

Wnętrze wielkiego pieca wykonane jest z cegieł które charakteryzują się dobrą odpornością na działanie wysokich temperatur. Od góry wilki piec jest zamknięty urządzeniem służącym do załadunku materiałów wsadowych. Urządzenia takie maja zamkniętą stożkowa budowę, a materialy wsadowe podawane SA rynnami zasypowymi do lejów, które często wykonują ruch wirowy wokół swojej osi zapewniając równomierne podawanie materiałów wsadowych.

Głównym procesem wielkiego pieca jest redukcja tlenków żelaza za pomocą tlenku węgla lub węgla. Procesy w wielkim piecu można scharakteryzować następującymi reakcjami, które rozpoczynają się w górnej części pieca.

Redukcja pośrednia:

3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂

Fe₃O₄ + CO = 3FeO + CO₂

FeO + CO = Fe + CO₂

Redukcja bezpośrednia:

2Fe₂O₃ + C = 2Fe₃O₄ + CO

Fe₃O₄ + C = 3FeO + CO

FeO + CO = Fe + CO

---