Pierwiastki: 1. grafityzujące Nikiel Ni, miedź Cu., 2.węglikotwórcze Chrom Cr, Molibden Mo, Mangan Mn, Azot N, Niob Nb, Bor B, Antymon Sb, Tellur Te, Wolfram W,. 3.neutralne Tytan Ti, Cyrkon Zr, Glin Al.
Ruda- Utwory skalne zawierające związki chemiczne metali, zalegające w takich warunkach i skupieniach, że przemysłowe ich wydobycie jest ekonomiczne, a których fizyczne i chemiczne własności pozwalają na otrzymywanie metali w sposób przemysłowo masowy i opłacalny, stosując metody hutnicze, chemiczne i elektrochemiczne. W praktyce rudą nazywa się również niektóre kopaliny użyteczne będące źródłem niemetali, np. ruda siarki. Ruda składa się z minerałów użytecznych i nieużytecznych, czyli płonnych.
Podstawą oceny rudy, z uwagi na skład chemiczny, jest zawartość składników użytecznych, domieszek szkodliwych i charakteru skały płonnej (tworzą ją związki mineralne nie zawierające żelazo: 1.Składniki użyteczne to żelazo, mangan, chrom, wanad itp. ; 2.Natomiast domieszki szkodliwe to: fosfor, siarka, arsen, cynk i ołów; 3. Zawartość i skład chemiczny skały płonnej decyduje o ilości topnika dodawanego w celu ułatwienia stapiania i oddzielania skały płonnej od metalu
Według użyteczności przemysłowej metali można wyróżnić następujące grupy rud: 1)Żelaza; 2.Metali nieżelaznych: rudy metali rzadkich, metali szlachetnych, metali promieniotwórczych.
Do najważniejszych rud żelaza zalicza się:
1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. żelaziaki szpatowe.
METALURGIA - nauka o metalach i stopach oraz o metodach i procesach ich otrzymywania i kształtowania. Wyróżnia się: 1. fizykę metali i metaloznawstwo; 2.teorię procesów metalurgicznych; 3. teorię przeróbki plastycznej. METALURGIA - procesy otrzymywania metali z rud i surowców wtórnych (złomu) i nauka o tych procesach oraz przetwarzanie metali surowych na metale użyteczne i stopy metali: 1.rafinacja; 2.wytwarzanie stopów; 3.obróbka mającej na celu nadanie im odpowiednich właściwości, a także kształtów.
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.
Metal można wydzielić przez: 1. redukcję wodorem lub redukcję mniej szlachetnym metalem; 2.elektrolizę przy zastosowaniu nierozpuszczalnych elektrod tzw. hydroelektrometalurgia, stosowaną w otrzymywaniu np. cynku lub miedzi.
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.
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.
Schemat podstawowego procesu metalurgicznego: a)Wstępna przeróbka rudy; b)Wzbogacanie: m.in. grawitacyjne, ogniowe, magnetyczne lub przez flotację; c)Spiekanie miałkich, proszkowych rud - aglomeracja; d)otrzymywanie metalu z rudy lub koncentratu; e)WYNIK: surowy metal „surówka” (skutek procesu hutniczego); f)Rafinacja surówki; g)Stop użytkowy. stopy przeznaczone do obróbki plastycznej, stopy do odlewania;
Spiekanie to nadtapianie powierzchni ziaren rudy w temp. 1250 - 1320oC na taśmach spiekalniczych,
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.
Koksownictwo: 1)węgiel kam. urobkowy Ⴃ 30 % składniki mineralne; 2)wzbogacanie: płukanie, flotację; 3)węgiel kamienny wzbogacony< 9 % popiołu; d)PRZYGOTOWANIE WSADU I ZAŁADOWANIE BATERII KOKSOWNICZEJ a)rozdrobnienie węgla (kruszarki) b)suszenie w temp. 150 - 250oC do wilgotności < 8% c)ubijanie węgla lub wsypywanie węgla do baterii; 4)KOKSOWANIE w komorach koksowniczych w temp. ok. 850 - 1000 0C, czas=14-23 h. (Sucha destylacja bez dostępu powietrza); 5)Produkty koksowania. Topniki (składnik wsadu wielkiego pieca) ; 6)Stosowane w celu związania niemetalicznych składników wsadu i łatwiejszego ich oddzielenia. Topnik powoduje obniżenie temperatury topnienia żużli i ich lepkości; 7)W wielkim piecu stosuje się topniki zasadowe, bowiem skała płonna w rudach Fe ma charakter kwaśny. Topniki: a)kamień wapienny 95%CaCO3 (kalcyt), 1t/280kg koksu b)dolomit - CaMg(CO3)2;
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%).
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); Atmosfera pieca: utleniająca (H2O para wodna, CO2, O2); Przebieg procesu w piecu martenowskim: 1.naprawa pospustowa; 2.ładowanie wsadu; 3.roztapianie wsadu; 4.świeżenie stali, tj.wypalanie-utlenianie; 5.Odtlenianie (po dodaniu Fe-Si-Mn lub Al.; 6.Spust stali do kadzi 7.odtlenianie w kadzi (osadowe); 8.odlewanie do wlewnic lub COS;
Procesy konwertorowe wytapiania stali: to metody wytwarzania stali z ciekłej surówki, polegające na przedmuchiwaniu kąpieli metalowej powietrzem, mieszaniną powietrza z tlenem lub czystym tlenem albo nadmuchiwanie tych gazów na powierzchnię ciekłego metalu w otwartym zbiorniku przechylnym zwanym konwertorem.
Proces konwertorowy: 1.Wsad: ciekły (Przedmuchiwanie gazem ciekłej surówki (powietrze, tlen, tlen+para wodna, O2 + CO2); 2.Wynik: produkty reakcji utleniania domieszek;. 3.Produkty: stal, żużel, gazy.
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%.
Konwertory: a)Powietrzne: Bessemera (1856), Thomasa (1877), Tropenasa (1879). WSAD: Surówka + powietrze+złom+ruda b)Tlenowe: przedmuchiwanie kąpieli metalowej O2 :1) LANCĄ Z GÓRY., LD-AC (fosforowy) 2) przez otwory w dennicy: WSAD: Surówka wp+ złom stalowy +O2+wapno+ruda Fe. C)Przedmuchiwanie kąpieli: dolny dmuch, boczny dmuch, górny dmuch (lanca tlenowa).
Wyprawa ogniotrwała konwertora tlenowego. Rodzaj wyprawy konwertora, zasadowa (CaO, MgO) czy kwaśna (si02), decyduje o możliwości usuwania ze stali (surówki).
Elektrometalurgia to wytapianie stali w piecach elektrycznych polegające na przerobieniu wsadu (surówka i złom lub sam złom) w celu uzyskania stali o żądanym składzie chemicznym, tj.: a)usunięcie ze stali P i S do zawartości mniejszych niż w stali martenowskiej i konwertorowej, b)dokładne odtlenienie i odgazowanie, c)podgrzanie stali do temp. odlewania. Ciepło do topienia wsadu i podgrzewania stali pochodzi ze stosowania energii elektrycznej.
Elektryczne piece łukowe: 1.O łuku elektrycznym pośrednim; 2.O łuku elektrycznym bezpośrednim; Wyłożenie pieca łukowego: 1.zasadowe 2.kwaśne (rzadko stosowane): pojemność do 150Mg, moc elektryczna do 42MW.
Wytapianie stali w piecu łukowym może być: z pełnym świeżeniem i ściąganiem żużla, tj. utlenianie żelaza i fosforu oraz Chromu, Manganu, Wanadu i innych; Produkcja głównie stali niestopowych i stopowych z pierwiastkami nie utleniającymi się podczas świeżenia, np. Nikiel, Molibden: odzyskowe, tj. bez jak wyżej. (przetapianie złomu); Produkcja stali stopowej ze składnikami łatwo utleniającymi się, np. Chrom, Tytan, Wanad;
Zasady nagrzewania indukcyjnego: Nagrzewanie indukcyjne jest to nagrzewanie elektryczne polegające na generacji ciepła przy przepływie prądów wirowych wywołanych zjawiskiem indukcji elektromagnetycznej w elementach sprzężonych magnetycznie.
Elektryczne piece indukcyjne: 1.Bezrdzeniowe (tyglowe) 2.Rdzeniowe; Napięcie zasilające: 1.Niskiej (sieciowej) częstotliwości 2.Średniej częstotliwości: 150 - 3000 Hz 2.Wysokiej częstotliwości: do 25000 Hz. Bardzo precyzyjna regulacja przebiegu procesu wytopu.