Technologia metali.doc

TECHNOLOGIA METALI

( dr inż. Robert Skoblik )

Wykłady
METALURGIA METALI

Metalurgią nazywa się szereg powiązanych ze sobą procesów technologicznych mających na celu otrzymanie technicznie czystego produktu z surowców, którymi najczęściej są rudy wytapianych metali.

Główne działy metalurgii to:

- metalurgia żelaza,

- metalurgia metali nieżelaznych

Podstawowe procesy metalurgiczne to:

•wstępna przeróbka rudy

•wzbogacanie rudy

•proces hutniczy

•rafinacja

Materiałami wyjściowymi przy produkcji stopów żelaza i stopów metali nieżelaznych są ruda, koks lub inne nośniki ciepła, topniki oraz materiały ogniotrwałe.

Procesy metalurgiczne można podzielić na:

1. procesy pirometalurgiczne (ogniowe), prowadzone w wysokich temperaturach, mające za zadanie otrzymanie metalu i w następnych zabiegach jego ewentualną rafinację,

2.  procesy elektrometalurgiczne polegające na topieniu i rafinacji wsadu metalowego w piecach elektrycznych

łukowych, oporowych i indukcyjnych oraz procesach elektrolizy roztopionych soli lub wodnych roztworów,

3.  procesy hydrometalurgiczne w których otrzymuje się metale z wodnych roztworów ich soli, przez rozpuszczanie metali zawartych w rudzie za pomocą kwasów lub zasad.

4. metalurgię próżniową

MATERIAŁY OGNIOTRWAŁE

W większości przemysłowych sposobów otrzymywania metali i stopów mamy do czynienia z procesami topienia przy wysokich temperaturach, dlatego też wewnętrzne wykładziny pieców i innych urządzeń metalurgicznych wykonuje się z materiałów ogniotrwałych. Muszą być one zdolne do przenoszenia obciążeń przy wysokich temperaturach, wytrzymania gwałtownych zmian temperatury i chemicznego oddziaływania żużla i gazów piecowych.

W zależności od zachowania się względem żużli, dzielimy materiały ogniotrwałe na:

1.   kwaśne – odporne na działanie żużli kwaśnych –

podstawowym składnikiem jest SiO2 lub Al2O3 ( materiały krzemionkowe, kwarcowo – szamotowe, szamotowe),

2. zasadowe – odporne na działanie żużli zasadowych – podstawowym składnikiem jest CaO lub MgO (magnezytowe, dolomitowe, dolomitowo – magnezytowe i chromitowo – magnezytowe),

3. neutralne lub amfoteryczne (obojętne) – słabo reagujące z żużlami zarówno zasadowymi jak i kwaśnymi lub też wykazujące pełną odporność na ich działanie – podstawowymi składnikami są: Cr2O3, Zr2O3, SiC lub C (chromitowe, cyrkonowe, karborundowe i węglowe).

PALIWA STOSOWANE W METALURGII

KOKSOWNIA

Przekrój pieca typu Koppersa: 1 – główny przewód gazu koksowniczego, 2 – główny przewód gazu wielkopiecowego, 3 – regenerator, 4 zbiorcze kanały spalinowe, 5 – kanały komór grzewczych [9]

Koksownia

Przekrój przez komorę koksowniczą [5]

METALURGIA STOPÓW ŻELAZA

Stopy żelaza :

Surówka jest to stop żelaza z węglem (ponad 2%C – najczęściej 2,5 – 4,5%) oraz innymi pierwiastkami (Si, Mn, P, S)otrzymywany w wyniku redukcji rudy żelaza (w wielkim piecu, piecu niskoszybowym) przeznaczony do dalszej przeróbki na inne stopy żelaza.

Stal – techniczny stop żelaza zawierający do ok. 2% C (max. 2,06%) oraz inne pierwiastki pochodzące z surowców, materiałów ogniotrwałych, paliw, atmosfery albo dodawane celowo (dodatki stopowe stali) otrzymywany w stanie ciekłym w procesach stalowniczych i po zakrzepnięciu przerabiane plastycznie.

Staliwo – techniczny stop żelaza zawierający do ok. 2% C oraz inne pierwiastki pochodzące z surowców, materiałów ogniotrwałych, paliw, atmosfery albo dodawane celowo (dodatki stopowe stali) otrzymywany w stanie ciekłym w procesach stalowniczych i odlany do form odlewniczych, nie przerobiony plastycznie.

Żeliwo – stop żelaza z węglem i z innymi pierwiastkami jak Mn, Si, P, S o zawartości węgla ponad 2% (praktycznie 2,65 do 3,8%), stosowany w postaci odlewów.

Rudy żelaza

•    magnetyt (żelaziak magnetyczny) – tlenek żelazowo – żelazawy (Fe3O4), zawierająca ok. 72% Fe, ma własności magnetyczne, zwartą budowę i ze względu na skład chemiczny skały płonnej jest trudno topliwy, zawiera domieszki siarki i fosforu. Występuje w Szwecji, Norwegii, Rosji.

•    hematyt (żelaziak czerwony) – tlenek żelazowy (Fe2O3), zawiera zwykle 50 – 60% żelaza. Skałę płonną stanowi najczęściej krzemionka i glina a niekiedy również wapń. Jest rudą łatwo topliwą o charakterze zasadowym i nie stanowi w kopalinie zwartej i twardej masy. Największe złoża hematytów znajdują się na terenach Ukrainy, USA, Hiszpanii i we Włoszech, niewielkie również w Polsce na Dolnym Śląsku.

•   limonit (żelaziak brunatny) - uwodniony tlenek żelazowy (2Fe2O33H2O), zawiera przeciętnie 30 - 53% żelaza. Jest najbardziej rozpowszechnioną rudą w przyrodzie. Jest rudą łatwo topliwą. Skałę płonną stanową najczęściej krzemionka i glina a czasem tlenki wapnia i tlenki magnezu. Jako zanieczyszczenie występuje w skale płonnej siarka i fosfor.

•   syderyt (żelaziak szpatowy) - węglan żelazawy (FeCO3) zawierający przeciętnie 30 - 40% żelaza. Rudy te są bardzo łatwo topliwe lub samo topliwe, zanieczyszczone krzemionką, tlenkiem wapnia i tlenkiem magnezu.

Przygotowanie rud

•    Operacje przygotowania rud dzielimy na dwie grupy:

1. Operacje przygotowania rud oparte na własnościach fizycznych

materiałów:

•    rozdrabnianie i klasyfikacja

•    operacje wzbogacania rud: przebieranie ręczne, wzbogacanie grawitacyjne, magnetyczne i elektrostatyczne, flotacja,

•    operacje wykańczające i pomocnicze: oddzielanie koncentratów od wody (zagęszczanie, filtrowanie, suszenie), zbrylanie przez brykietowanie i grudkowanie

2. Operacje przygotowania rud mające charakter przeróbki chemicznej:

•     zbrylanie materiałów przez spiekanie,

•     wzbogacanie ogniowe rud węglanowych,

•     prażenie utleniające rud i koncentratów siarczkowych, prażenie utleniające ze spiekaniem.

Rozdrabnianie rud

Zakresy rozdrabniania i stosowane urządzenia

Kruszarki szczękowe

Kruszarka szczękowa normalna: 1 – wał mimośrodowy, 2-oparcie wału, 3 –płyta rozporowa, 4-gniazdo, 5 – szczęka ruchoma, 6 – oś szczęki ruchomej, 7 – płyta wymienna, 8 – rama kruszarki, 9 – szczęka nieruchoma, 10 – sprężyna, 11 – śruba nastawcza klinów, 12 – kliny [1]

Kruszarka szczękowa jednodźwigniowa [1]

Kruszarka stożkowa

Kruszarka stożkowa do rozdrabniania wstępnego: 1 – stożek, 2 – pierścień kruszący, 3- płaszcz

zewnętrzny,4 – wrzeciono, 5 – łożysko, 6 – ramiona nośne dla łożyska i wału, 7 i 8 – koła zębate, 9 – wał

napędowy, 10 – nakrętka do podnoszenia i opuszczania wrzeciona i stożka [1]

Kruszarka młotowa

Kruszarka młotowa: 1 – kadłub kruszarki, 2 – tarcza obrotowa, 3 – wał, 4 – młotki, 5 – lej załadunkowy, 6 – ruszt [1]

Kruszarka młotowa dwuwirnikowa [1]

Kruszarka udarowa

Kruszarka udarowa: 1 – wirnik stalowy, 2 – listwy z twardej stali, 3 –płyty robocze, 4 – zsuwnia rusztowa, 5 – wylot [1]

Młyny

Młyn kulowy bębnowy: 1 – bęben, 2 – wyłożenie bębna płytami ze stali odpornej na ścieranie, 3 – koło zębate, 4 – komora wyładowcza, 5 – ślimak zasilacza [1]

Młyn kulowy stożkowy [1]

Młyn prętowy: 1 – zasilacz ślimakowy, 2 – koło zębate, 3 – bęben, 4 – wyłożenie bębna, 5 – wyłożenie ścian czołowych, 6 – pręty [1]

Przesiewacze

Schemat przesiewacza bębnowego [1]

Schemat przesiewacza wibracyjnego mimośrodowego: 1 – ruchoma rama sita, 2 – sito, 3 wał mimośrodowy, 4 – stojak, 5 – rama nieruchoma, 6 amortyzatory [1]

Seperator magnetyczny

Spiekanie rud

Spiekanie rud: 1 - taśma typu Dwight - Lloyda (wózki), 2 - bębny, 3 - komory ssące, 4 - dozowniki mieszanki, 5 - piec do zapalania wsadu, 6 - łamacz spieku [2]

WIELKI PIEC

PROFIL WIELKIEGO PIECA

Przekrój wielkiego pieca: 1 – gardziel, 2 – szyb, 3 – przestron, 4 – spadki, 5 – gar, 6 – trzon [7]

PROCES WIELKOPIECOWY

•    Grupy procesów zachodzących w wielkim piecu:

•    1. Procesy wstępne: odparowanie wilgoci, wydzielanie wody krystalizacyjnej, rozkład węglanów, usuwanie części lotnych z koksu

•    2.Redukcja tlenków żelaza.

•    3. Nawęglanie żelaza.

•    4.Tworzenie się i topnienie żużla.

•    5. Redukcja pozostałych składników surówki,

•    6. Odsiarczanie.

•    7. Procesy spalania paliwa

Produkty wielkiego pieca

Surówki

...