TECHNIKI WYTWARZANIA

Dr. Inż. Bolesław Karwat

[e-mail]

B4 p.201 012 617-34-15

Do podstawowych czynników decydujących o technicznej realizacji procesów produkcji zależy zaliczyć:

- technologie produkcji'

- typ i rodzaj stosowanych maszyn i urządzeń

- liczbę maszyn i urządzeń

- rozmieszczenie maszyn i urządzeń

TECHNOLOGIA PRODUKCJI

Pojecie to jest bardzo rożnie definiowane w ujęciu ogólnym przyjmuje się ze jest to zbiór procesów, metod, czynności, procesów oraz maszyn i urządzeń stosowanych do produkcji.

PROCES

Jest to zmiana własności (cech) rozpatrywanego zasobu (surowców, materiałów pomocniczych i energii) w wyniku celowego oddziaływania czynników zewnętrznych.

Jeżeli zmiana występuje w wyniku oddziaływania czynników niezależnych od człowieka wtedy jest to zjawisko!

PROCES WYTWARZANIA

Wytwarzanie jest to realizacja procesu technologicznego przez oddziaływania na zasob z gory określonymi czynnikami zew dla uzyskania założonych własności (cech) wyboru (produktu). Proces wytwarzania określa jak i czym proces ma być wytwarzany.

PROCES TECHNOLOGICZNY

Technologia jest to celowa i określona zmiana stanu właściwości (cech) zasobu dla uzyskania założonych własności (cech) produktu. Proces technologiczny, określa jak produkt ma być wytwarzany.

PROCES PRODUKCYJNY

Produkcja jest to opis przetwarzania zasobów (surowców, materiałów pomocniczych, energii itp. ) w produkty przeznaczone do sprzedaży (na rynek). Przez parametry ekonomiczne. Produkcja jest pojęciem ekonomicznym i opis jej stanu jest określony przez parametry ekonomiczne. Proces produkcyjny określa wiec jak zmieniają się parametry ekonomiczne produktu w procesie wytwarzania.

W języku polskim w zagadnieniach technicznych bardzo często pojęcia „proces wytwarzania” zastępowane jest nie słusznie przez pojecie „procesu produkcyjnego”, które jest ściśle pojęciem ekonomicznym.

STRUKTURA TECHNOLOGI PRODUKCJI

Stanowi opis kolejności stosowanych procesów, operacji w procesie produkcyjnym. Struktura technologii produkcji jest opisem jakościowym procesu produkcji.

STRUKTURA PROCESÓW PRODUKCJI

(przy danej technologii) opisuje kolejność stosowania maszyn i urządzeń (wykonujących określone operacje lub procesy wynikające z technologii) na przedmiocie produkcji (uwzględnia liczbe i parametry stosowanych maszyn i urządzeń oraz przedmiotów produkcji). Struktura procesu produkcji jest opisem ilościowym procesu produkcji.

Struktury te mogą być przedstawione w postaci:

- schematów

- zestawień (kart)

Szczegółowość tych schematów i zestawień zależy od potrzeb do jakich są opracowywane. Mogą one być, począwszy od bardzo zagergowanego opisu np. struktury produkcji całego zakładu produkcyjnego do szczegółowego opisu technologii produkcji jednego produktu lub technologii jego montażu.

SCHEMATY STRUKTURY TECHNOLOGII PRODUKCJI

Podaja informacje dotyczące:

- z czego produkt jest wytwarzany,

- jakim procesom poddawany jest produkt

- jakim zmianom jest poddawany przedmiot produkcji

- jaka jest kolejność stosowanych operacji i procesów.

SCHEMATY STRUKTURY PROCESU PRODUKCJI

Podaja informacje dotyczące:

- jakie i ile maszyn i urządzeń wykonuje operacje i procesy

- jakie i ile przedmiotów podlega operacjom technologicznym

- charakterystyki maszyn i urządzeń

Schematy stanowią podstawową informacje do opracowania:

- bilansów materiałowych

- bilansów energetycznych

- przepływu produkcji w zakładzie czyli, przemieszczania się przedmiotów produkcji w czasie organizacji produkcji

SCHEMATY TECHNOLOGICZNE GRUP PRODUCENTÓW

Problem grupowania produktów występuje w przypadku produkcji o bardzo różnorodnym asortymencie, produkcji sięgającej kilkuset lub więcej rodzajów produktów. Każdy z tych produktów ma „swoja własna” technologie. Zakład musi być tak zaprojektowany, aby każdy produkt mógł być wyprodukowany.

BILANSE

Każdy przypływ materiałów jest zbilansowany. Przykładami takich bilansów materiałowych są bilanse:

- całego zakładu

- wydziału

- procesu

- produktu

- operacji technologicznej

Cechy charakterystyczne

Bilanse są sporządzane w odniesieniu do pewnej jednostki czasu

SCHEMAT BILANSU

PROPCESY PRODUKCJI METALI

Metale w przyrodzie występują zazwyczaj w postaci związków chemicznych jako tlenki i siarczki, węglany. Wyjątek stanowi złoto, które występuje w czystej pierwiastkowej postaci.

1. produkcja stali i stopów Fe

2. produkcja miedzi i stopów Cu

3. Produkcja aluminium Al.

Minerały w których występują związki metali nazywamy rudami. W rudach oprócz związków metali występują również inne tlenki, które stanowią skałę płonną. W skład skały płonnej wchodzą zazwyczaj tlenki glinu Al₂O₃, tlenki krzemu SiO₂ tlenki wapna CaO, a wiec związki powszechnie występujące w przyrodzie. Tlenki te charakteryzują się tym, że posiadają bardzo wysokie temperatury topliwości.

W najogólniejszym zarysie produkcja metali oparta jest o dwa zasadnicze procesy:

- oddzielenia skały płonnej od związków metali za pomocą topników do obniżenia temperatury np. za pomocą wapnia CaO lub kamienia wapiennego CaCO₃

- wydzielenie metalu ze związków w którym występuje. Proces redukcji polega na oddzieleniu tlenu od metalu proces odwrotny zwany jest procesem utleniania.

Najczęściej do procesu utleniania w hutnictwie wykorzystuje się węgiel ze względu na duże powinowactwo z węglem.

TECHNOLOGIA PRODUKCJI SUROWKI I STALI

Podstawowe surowce to:

- rudy żelaza

- węgiel koksujący

- kamień wapienny

Rudy żelaza w kopalniach są poddawane wzbogaceniu, aby pozbyć się większości odpadów. Przetworzona ruda zwana jest KONCENTRATAMI. Obecnie rudy są bardzo ubogie w rudy Fe. Rudy żelaza występują w postaci tlenków (magnetyty, hematyty).

KAMIEŃ WAPIENNY CaCO₃

Kamień wapienny otrzymywany jest poprzez selektywną eksploatację rozpoznanych, charakteryzujących się wysoką jakością złóż, przetwarzany w procesie kruszenia i sortowania na odpowiednie klasy ziarnowe.

Zastosowanie

W zależności od stopnia czystości i granulacji wykorzystywany jest w:

przemyśle cukrowniczym, przemyśle hutniczym, uzdatnianiu wody pitnej PN-EN 1018:2000, przemyśle chemicznym, przemyśle nawozowym, budownictwie i prefabrykacji PN-EN 12620:2004, w drogownictwie PN-EN 13242:2004,

Produkt należy przechowywać w warunkach zabezpieczających go przed zawilgoceniem i zanieczyszczeniem. Transport samochodowy lub kolejowy.

SPIEK (aglomeraty)

Półwyrób lub wyrób gotowy otrzymany z proszków przez spiekanie (metalurgia proszków). Zależnie od doboru składników rozróżnia się: spieki proste, jednoskładnikowe oraz spieki złożone, wielofazowe. Do najważniejszych spieków złożonych zalicza się: pseudostopy, spieki ceramiczno-metalowe (cermet), spieki grafitowo-metalowe (łączące własności grafitu z własnościami metalu, którym bywa najczęściej miedź, żelazo lub brąz) oraz spieki diamentowo-metalowe.

WYKŁAD II 14.11.09

Proces technologiczny w oddziale Dabrowa gronicza

1. Tasma spiekajaca

2. Wielki piec

3. Surowki

4. Konwertor

5. Stanowisko agonowania

6. Odlewnia

7. Pieckokadz

8. Odgazowanie próżniowe

9. MCOS I

10. MCOS II

11. MCOS III

12. Walcownia duza

13. Walcownia srednia

14. Odgazowanie próżniowe

Sklad mieszanki spiekalniczej:

1. Mieszanka usredniona

2. Kamien wapienny

3. Dolomit

4. Koksik

5. Antracyt

6. Odsiew spieku zimny z wielkiego pieca

7. Zwrot goracy z sit Schnecka

BUDOWA WIELKIEGO PIECA (ok. 40m wys.):

1. gardziel pieca

2. szyb pieca

3. przeskroń

4. spadki

5. gar wielkiego pieca

Piec jest konstrukcja samonosna, sklada się z 3 warstw:

1. Od zewnątrz - pancerz pieca 50-70mm (spawany);

2. Chłodnice płytowe lub skrzynkowe w których są zatopione rury, w których plynie woda zdemineralizowana dla chłodzenia pancerza;

3. Od wewnątrz wymurówka ognio trwała często wykonana z ołowiu

Katy w konstrukcji są bardzo ważne pomiędzy kolejnymi ścianami pieca.

Produkty wielkich pieców

- surówka

- żużel

- Gaz wielkopiecowy

Stalownia konwertorowa - trzy konwertory tlenowe o pojemności 350 ton każdy, stanowiska do , odgazowania i argonowania stali.

Zanieczyszczenia w stali płynnej:

- gazy oraz składniki szkodliwe

- wtrącenia niemetaliczne

- niejednorodność chemiczna i fazowa (segregacja)

WYKŁAD III - 6.12.09r.

Podzial metali nieżelaznych:

Do metali nieżelaznych powszechnie stosowanych w technice należą:

Cu, Ni, Al, Zn, Pb, Sn, Mg, Mn

Różnią się one własnościami fizycznymi i chemicznymi.

Metale ciężki o gęstości > 3,6 g/cm³

1. Metale łatwo topliwe, o temp topnienia <650 st C

Hg, Sn, Bi, Zn, Cd, Sb

2. Metale ciezki trudno topliwe, o temp topnienia 650- 2000 st C

Ag, Au, Cu, Mn, Co, Ni, V, Pt, Cr, Ti

3. Metale ciężki bardzo trudno topliwe, o temp topnienia powyżej 2000 st C

W, Mo, Ta

Spośród metali nieżelaznych ciężkich wyróżnia się grupę metali szlachetnych takich jak Au, Ag i Pt z platynowcami i grupę metali przejściowych pomiędzy żelazem a metalami nieżelaznymi jak Cr i Mn.

ALUMINIUM

Glin jest metalem srebrzysto białym i temp topnienia 660 st C i wrzenia 2000 st C. jest metalem bardzo lekkim, o gęstości 2,7g/cm³

Dzięki dużej plastyczności można go łatwo walcować na blach i folie oraz kuc i ciągnąć.

Na powietrzu Al. Pokrywa się pasywna warstewka Al₂O₃ Zapewnia ona dużą odporność Al. Na korozje oraz uniemożliwia dalsze utlenianie.

Aluminium ulega działaniu żrących alkaliów oraz kwasów HCL H₂SO₄ przy czym stężony HNO₃ i kwasy organiczne nie działają na Al.

Przewodność elektryczna Al. W zależności od zawartości zanieczyszczeń, wynosi 62-65% przewodności elektrycznej miedzi.

Aluminium jest metalem najbardziej rozpowszechnionym w przyrodzie. Wskutek dużej aktywności chemicznej występuje wyłącznie w postaci związków.

Glin łącznie z tlenem i krzemem stanowi 82,25%.

Zawartość Al. W boksycie jak również kolor boksytów zależy od zawartości domieszek.

Spotyka się boksyty o wszelkich kolorach - od białego - do ciemno czerwonego. Najczęściej jednak bywaja koloru brunatnego lub ceglasto czerwonego.

Cecha charakterystyczną boksytów jest to ze w przeciwieństwie do gliny nie tworzy z woda masy plastycznej.

Stopy Al

W przemyśle lotniczym i samochodowym Al stosuje się w postaci stopów

Najbardziej znane stopy aluminium Al to:

Duraluminium 95% Al, 3,4-4% Cu, 0,5%Mg, 0,5% Mn

Silumin 87%Al,12-13% Si

Stopy odlewnicze Al-Mg, Al- Cu

Rudy boksyt

Mielenie

NaOH -> Baterie autoklaw ciągłego lugowania boksytow - > odpad: czerwony szlam

Rozpuszczanie w roztworze NaOH

Glinian sodu NaAlO₂ -> Al(OH)₂

Przemywanie

Prażenie

Czysty tlenek glinu

kryolit-> Wanny elektrolityczne

Glin hutniczy

Chlorowanie

Rafinacja (3 warstwowa elektroliza)

Glin elektrolityczny

Wybór metody otrzymywania poszczególnych metali zależy od własności chemicznych i fizycznych metali w postaci występowania w przyrodzie i zawartości w rudzie.

Do podstawowych metod otrzymywania metali zaliczamy procesy:

- Pirometalurgiczne

- Elektrometalurgiczne

- Hydrometalurgiczne

Procesy piro… stosuje się najczęściej przy dużej zawartości metalu w rudzie lub w koncentracie 4% przy czym metal nie może być bardzo aktywny w obecnosci tlenu czy wegla.

Procesy elektro… w piecach indukcyjnych stosuje się do przerabiania metali zwłaszcza łatwo ulteniajacego się Al., Zn i ich stopy przy czym zawartość metalu w rudzie lub koncentracie nie jest ważna.

Procesy hydro… stosuje się wtedy gdy mała jest zawartość metalu w rudzie. <1% i równocześnie ruda zawiera inne metale które nie można oddzielić w procesach piro…

Amfoteryczność Al₂O₃ uniemożliwia uzyskiwanie go z rud za pomocą roztworów alkaicznych jak i kwaśnych wyróżnia się zatem

- Metody alkaiczne

- Metody kwaśne

- ….?

W procesie elektrolizy Al₂O₃ występuje często zjawisko zwane efektem anodowym.

Polega ono na gwałtownym zwiększaniu napięcia na zaciskach wanny z normalnej wartości ok. 4,5 V o ok. 40-60 V gdy zawartość AL₂O₃ w elektrolicie zmniejszy się do ok. 1,5%

Wanny z elektrodami ciągłymi o przekroju prostokątnym pracuja przy natężeniu pradu 30 000 -60 000 A przy czym gęstość prądu wynosi zwykle 0,7 - 0,85 A/cm².

Aby otrzymac 1 tone Al o czystości 98 - 99,4 % zużywa się 0,6 t anod i 54 000 - 59 300 MJ (15 000 - 16 500kWh) energii elektrycznej.

Aluminium oczyszcza się z domieszek niemetalicznych i gazowych oraz z Na i Ca przez przedmuchiwanie metalu chlorem oraz przetapianie.

Miedź

Miedz jest materiałem miękkim i ciągliwym, barwy czerwonej o gęstości 8,93 g/cm³ temperaturze topnienia 1083 st C i wrzenia 2380 st C odpornym na działanie wielu czynników chemicznych i atmosferycznych

Rudy miedzi, koncentraty miedziowe (chalkozyn, chalkopiryt)

topniki -> Piece płomienne, elektryczne, szybowe -> żużel, gaz

Kamień miedziowy (Cu, Fe, S 95 %)

topniki -> Konwertor miedziowy ->żużel, gaz i pyl - konwektorowy,

Miedz surowa (czarna)

Maszyny odlewnicze: karuzelowa, COS

Siarczan miedziowy, kwas siarkowy -> Wanny elektrolityczne

Płyty miedziane anodowe

Piece płomienne lub elektryczne

Wlewki miedziane (wirebarsy)

Rudy miedzi

Podstawowe rudzi miedzi to:

- rudy siarczkowe (chalkozyn CuS₂, chalkopiryt Cu FeS₂)

- rudy tlenkowe (kupryt Cu₂O)

Proces pirytowy prowadzi się na wsadzie zawartości >75% FeS₂ dodatek koksu wynosi 4%.

Proces polpirytowy jest najczęściej stosowanym procesem wytopu kamienia miedziowego. Stosuje sie wsad o zawartości <75% FeS₂ Dodatek koksu wynosi 4-12% koksu.

Energia wej.

Energia strat

Masa strat

Masa wej

Masa wyj (produkt)

1

2

3

4

5

---