Metalurgia wyklad 02.doc

(1533 KB) Pobierz
Bieg wielkopiecowy

Bieg wielkopiecowy.

 

Reakcje wielkopiecowe redukcji rud żelaza polegają na uwalnianiu żelaza w stanie stałym i na uwalnianie żelaza w stanie ciekłym. Odbywa się to w dwóch strefach: w strefie podgrzewania gdzie występuje redukcja pośrednia za pomocą tlenku węgla CO oraz w strefie topnienia gdzie redukcja odbywa się za pomocą czystego węgla C a uwolnione żelazo jest w stanie ciekłym odpowiednie reakcje chemiczne tworzące redukcji pośredniej są następujące:

 

 

Jak widać jest to proces, który wymaga ogromnych ilości paliwa, dużych różnic temperatur w piecu, spaliny to głównie dwutlenek węgla, dawniej nieszkodliwy gaz, dzisiaj gaz wielce szkodliwy ze względu na efekt cieplarniany w skorupie ziemskiej. Proce wielkopiecowy otrzymywania surówki sam w sobie jest kłopotliwy  gdyż otrzymujemy produkt zamiast czystego żelaza, żelazo silnie nawęglone nawet do 6% węgla. Jak się to dzieje ? Otóż czyste żelazo kontaktuje się w garze z koksem hutniczym rozżarzonym do temperatury 1600o C i tam łatwo przejmuje nie tylko węgiel, ale również siarkę i fosfor.

Surówka hutnicza z wielkiego pieca numer jeden w Hucie Katowice zawiera 4% węgla (C); 0,7% krzemu (Si); 0,5% manganu (Mn); 0,2% fosforu (P); 0,02% siarki (S). Tak wysoka zawartość węgla musi być w procesie otrzymywania stali, co najmniej dziesięć razy zmniejszona to również są koszty otrzymywania stali. Surówka nie ma żadnego zastosowania technicznego poza wytwarzaniem stali i żeliwa, jest krucha. Posiada grubokrystaliczną strukturę. Zaś węgiel zawarty w niej w procesie otrzymywania stali jest bezpowrotnie stracony i dlatego współczesna nauka poszukuje innych metod otrzymywania nie surówki, lecz żelaza niskowęglowego. Taką metodą są dwa nowoczesne procesy Midrex i Corex.

Przyszła stal otrzymywana z surówki będzie dobra jakościowo, jeśli w surówce będzie jak najmniej siarki. Siarka występuje zarówno w koksie jak i w rudzie: w koksie jako siarka wolna, w rudzie jako piryt.

 

W procesie wytapiania surówki dodatkowe topniki głównie wapno CaO bardzo chętnie łączy się z siarką pirytu tworząc siarczek wapnia CaS, który przechodzi do żużla wielkopiecowego.

Jeśli jednak siarka występuje w rudzie jako siarczek manganu MnS, gdyż mangan ma bardzo wysokie powinowactwo do siarki usuwamy ją w podobnej reakcji:

 

Podgrzewanie dmuchu powietrza jest jednym ze sposobów intensyfikacji procesu wielkopiecowego. Jednym z sposobów poza podgrzewaniem dmuchem jest wzbogacanie dmuchu w tlen ( do 23% tlenu ).

Drugim sposobem jest podwyższanie ciśnienia dmuchu ( 1,4 do 10 atmosfer ).

Trzecim sposobem jest nawilżanie dmuchu.

Czwartym sposobem jest wdmuchiwanie paliw alternatywnych do wielkiego pieca: pył węglowy, olej, gaz ziemny, mazut i tworzywa sztuczne specjalnie przygotowane (materiały polietylowe).

 

Surówka ciekła wlewana jest w sposób ciągły do mieszalnika zwanego kadzią TORPEDO, która ma zadanie ujednorodnić skład chemiczny i temperaturę surówki a następnie przemieszcza się do stalowni gdzie przelewany jest do konwertora tlenowego.

 

Historycznie zamykało się wielki piec systemem stożków PARYEGO ( mały i duży stożek ), obecnie została zakupiona licencja pod nazwą WURTH która absolutnie uszczelnia wielki piec a jednocześnie jest prosta i dobrze rozmieszcza wsad w gardzieli wielkiego pieca. Urządzenie zasypowe tzw. stożki Paryego znajduje się nad gardzielą wielkiego pieca.

 

Wielki piec jest piecem kampanijnym – metal płynie z niego przez 10 do 15 lat.

Proces redukcji bezpośredniej na przykładzie pieca Midrex i Corex.

Współcześnie trwają poszukiwania współczesnych metod otrzymywania żelaza w stanie stałym zwanego grudkami żelaznymi przy pomocy redukcji  bezpośredniej przy pomocy nieklasycznego, jakim jest koks, lecz za pomocą spalania wodoru. Zarówno proces Midrex i Corex posiadają specjalne urządzenia wytwarzające wodór. Piec do redukcji bezpośredniej posiada wysokość nie większą niż 10m, średnicę ok. 6m a jego produkty w minimalnym stopniu zatruwają środowisko naturalne.

Keson – dziura w ziemi, którą się obmurowuje i w niej umieszcza się wielki piec; przeszkodą są wody gruntowe; taki wielki piec znajduje się w Chinach.

 

Legenda do rysunku:

1 – urządzenie podające wsad metalonośny specjalnie przygotowany

2 – piec szybowy

3 – podgrzewacz spalin

4 – generator do wytwarzania wodoru

5 – podgrzewacz gazu ziemnego

6 – pompa dyfuzyjna podająca wodór do pieca szybowego

7 – zbiornik gazu odlotowego

8 – przenośnik stalowy do odbioru z pieca grudek żelaza

9 – rozdzielacz grudek na wózki stalownicze 10

 

Wsadem do pieca Midrex lub Corex są grudki rudowe zmieszane (sklejone) specjalną gliną zwaną bentonitem.

 

      grudki rudowe

                                      

                wypalanie

w temperaturze 1250-1350oC

 

Redukcja żelaza z rudy w procesie Midrex jest bardzo prosta. Przebiega podobnie jak w wielkim piecu w trzech etapach, ale we wszystkich udział bierze wodór a nie jak tam tlenek węgla i węgiel.

1. - para wodna

2.

3.

                                     

            grudki metaliczne

 

Proces redukcji bezpośredniej zwłaszcza wodorem pozwala w chwili obecnej w skali pół technicznej uzyskać w skali światowej ok. 1mln ton grudek. W skali światowej obecnie  wytwarza się w procesie wielkopiecowym ok. 600mln ton surówki.

Procesy stalownicze.

 

Procesy stalownicze mają za zadanie przetworzyć surówkę żelaza a także złom stalowy na stal wysokiej jakości. Istnieje historycznie wiele sposobów wytwarzania stali. Pierwszym z nich była dymarka, czyli mały wielki piec, z którego w procesie wytapiania i redukcji rudy na węglu drzewnym otrzymano właśnie żelazo gąbczaste, które nie stykają się jak w wielkim piecu z koksem nie nawęglało się i po przekuciu pozwoliło uzyskać stal wolną od zanieczyszczeń żużla i węgla drzewnego.

Drugim procesem historycznym znanym był proces fryszerski a piece nosiły nazwę fryszerek.

Trzecim był proces pudlarski gdzie w podobny sposób jak w dymarkach jednak w znacznie większych ilościach redukowano rudę, a surówkę przetapiało się usuwając z niej nadmiar węgla. Taki proces dotrwał do XVII wieku, kiedy pojawił się proces Bessemera i Thomasa. Współcześnie jeszcze w XX wieku stosowano te dwa procesy, a dopiero od 1938r. Stosuje się powszechnie do dzisiaj tzw. proces konwertorowy tlenowy w skrócie LD.

 

7

...
Zgłoś jeśli naruszono regulamin