pobieranie: wykłady
Pobierz dokument docPrzeglądaj wersję html pliku:
METALURGIA I ODLEWNICTWO
Wadą procesu wielkopiecowego jest to że surówka zawiera bardzo dużo
węgla około 4%. Takiej surówki nie stosuje się do budowy maszyn.
Gazary – są to stopy odlewnicze, w których w czasie krzepnięcia w
formie odlewniczej tworzy się powierzchnia porowata o sterownej liczbie
porów.
WIELKOPIECOWNICTWO
Surowce do wytopu żelaza (surowce żelazonośne).
Ruda jest to mieszanina minerałów wydobywana w procesie górniczym
składa się z dwóch składników:
minerały żelaza,
skała chłonna (wapń, piasek kwarcowy).
Najważniejsze rudy żelaza:
magnetyt Fe3O 4 - sam minerał zawiera około 75% żelaza,
hematyt Fe2O3 - zawiera około 70% żelaza,
limonit nFe2O3*mH2O (uwodniony minerał) (70-63%,
syderyt FeCO3 =65% Fe FeCO3(FeO+CO2(
- piryt FeS =70% Fe FeS+1 ½ O2(FeO+SO 2 (
Syderyt i piryt rzadziej przerabiane, bo muszą być poddane operacji
prażenia.
2.Koks wielkopiecowy i topniki.
Rys. wielkiego pieca
Eksploatacja takiego pieca 10 do 12 lat.
T: Redukcja tlenku żelaza w wielkim piecu.
1.Spalanie węgla i wytwarzanie się atmosfery w wielkim piecu.
C3+{O2}({CO2} - ta reakcja dostarcza dużo ciepła.
{CO2}+C3⇄2{CO} - ta reakcja jest reakcją odwracalną.
Tlenek węgla CO (czad) jest gazem redukującym.
{CO2}+C3(2{CO} - reakcja Boudouarda.
2{CO}({CO2}+C3 -reakcja Bella.
Rys. wykres procesu spalania węgla i wytwarzania atmosfery.
T: Redukcja pośrednia (wykorzystanie tlenku węgla).
Reduktorem jest tlenek węgla. CO2+C(2CO
3Fe2O3+CO(2Fe3O4+CO2
Fe3O4+CO(3FeO+CO2
FeO+CO(Fe+CO2
Reakcja bezpośrednia ma miejsce w wysokich temperaturach.
FeO+C(Fe+CO
Rozkład topników i tworzenie się żużla w wielkimpiecu.
Skała płonna to jest głównie krzemionka SiO2 , także tlenki glinu
Al2O3. Oba te tlenki mają wysokie temperatury topnienia.
Do takich skał płonnych dodaje się topników np.:
węglan wapnia CaCO3(CaO+CO2 w temperaturze około 800o C
nSiO2+mCaO(mCaO*nSiO2 - to jest żużel.
Istotną sprawą dla procesu jest stosunek m/n, który powinien wahać
się w granicach 1,3 do 2, czyli musimy mieć przewagę wapnia
m/n=1,3 do 2 - zasadowość żużla
Warstwa żużla odcina dostęp tlenu wdmuchiwanego do pieca od surówki.
Tlenki które ulegają redukcji krzemu to – tlenki tytanu, niklu,
wanadu, manganu.
Tlenki manganu ulegają redukcji, ale w stosunku do żelaza znacznie
trudniej. MnO (redukuje się bardzo trudno, dopiero po rozpuszczeniu w
żużlu).
Surówki zwierciadliste – zawierają od 10 do 20% manganu.
[Si] – ten krzem pochodzi z krzemionki zanieczyszczającej
minerał.Ulega częściowo redukcji: SiO2+C(Si+CO2 - ta redukcja ma
miejsce dopiero w żużlu. Reakcja edmotermiczna.
Tlenek niklu stosunkowo łatwo ulega redukcji, uzyskujemy prawie 100%
tlenku zawartego w minerale.
Tlenek wanadu bardzo trudno się redukuje.
Tlenek tytanu także się trudno redukuje.
Fosfor – nie tyle składnik co zanieczyszczenie. W rudach występuje
pod postacią tlenku P2O5 – ulega redukcji i rozpuszcza się w
surówce. Jego zawartość jest postacią klasyfikacji surówek. Oprócz
fosforu jako zanieczyszczenie występuje siarka (w koksie około 1,5%)
część siarki rozpuszcza się w surówce.
Reakcja odsiarczania surówki: [S]+(O2-)((S2-)+[O]
Jeżeli stężenie krzemionki jest dość duże to tworzy łańcuch.
Odsiarczanie do 0,03% siarki w surówce.
Produkty wielkiego pieca :
surówka, która zawiera około 3,5 do 4,3% węgla, około 1,2 do 3,5%
krzemu, 0,1 do 2,5% manganu, fosfor waha się od 0,03 do 2,5%, siarka na
poziomie ok. 0,03%. Wysoka zawartość węgla i fosforu powoduje, że
surówka jest twarda i nie nadaje się do obróbki, i musi być
przerobiona (wada).
żużel, podstawowy składnik glino krzemiany wapnia, prawie 100%
żużla przerabia się na cement, ten który nie nadaje się na cement
przerabia się na watę żużlową.
gaz wielkopiecowy, zawiera ok. 20% tlenku węgla, zawiera także ok. 2%
wodoru. Gaz ten jest stosowany jako gaz palny.
Surówki dzielimy na:
surówki przeróbcze – przerabia się w dalszym procesie na stale.
Zawierają więcej manganu od innych surówek, oraz mniej krzemu.
surówki odlewnicze – służą do przetapiania na żeliwo. Mniej
manganu, więcej krzemu.
surówki specjalne (syntetyczne) – są to bardzo czyste surówki.
Zawierają głównie żelazo i węgiel. Przeznaczone są do wytwarzania
żeliwa sfelidalnego, do odlewów utwardzonych na tzw. żeliwo
ciągliwe, na walce.
T: Wielki piec i urządzenia pomocnicze.
Rys. Wielkiego pieca.
Wielki piec jest chłodzony wodą, lej w nim obraca się o kąt 15 do
20o.
Metoda odpylania gazu:
odpylanie wstępne – przez zmianę kierunku przepływu
odpylanie wodne
odpylanie w elektrofiltrach
rys. nagrzewnica Cowper’a
Wielki piec musi posiadać trzy takie nagrzewnice. Nagrzewnica
działają dwustopniowo: nagrzewa oraz oddaje ciepło.
Temperatura powietrza od 600 do 800o .
Gąski- porcje surówki w celu odtransportowania jej.
ROZDZIAŁ 2
T: Przeróbka surówki na stal – proces stalowniczy.
Stalownictwo ma trzy zadania:
Podczas wytapiania surówki musi zmniejszyć zawartość węgla, krzemu
i manganu.
Zmniejszyć zawartość zanieczyszczeń czyli fosforu i siarki.
Usunąć gazy ze stali.
T: Utlenianie węgla.
W surówce jest 3,5 do 4,3% węgla. Stal musi mieć ok. 0,02% węgla.
[C]+[O]({CO}
Aby ta reakcja zaszła musimy rozpuścić tlen w reakcji metalicznej.
Reakcja hetero tlenowa – tzn. że powstaje nowa faza. Aby ta reakcja
była możliwa muszą być spełnione warunki:
pCO( pż+pf+pg+9,87*10-7*2(m/r
Żeby pęcherzyk CO powstał musi być spełniona powyższa
nierówność.
pż- ciśnienie warstwy żużlu pg – ciśnienie gazu
(m – napięcie powierzchniowe kąpieli metalicznej
r – promień zarodka
Kp=pCO/a[C]*a[O]
pCO – ciśnienie jednostkowe CO
a – aktywność
Kp – stała równowagi
pCO=Kp*a[C]*a[O] pCO=Kp*[%C]*[%O]
Pęcherzyk tlenku węgla powoduje (wypływając na wierzch):
mieszanie kąpieli metalicznej i mieszanie żużla (potrzebne dla
wyrównania temp i składu chemicznego)
wydobywając się tlenek rozpuszcza w sobie azot i wodór
pęcherzyki wydobywając się z kąpieli metalicznej usuwają
zanieczyszczenia nie metaliczne.
Utlenianie innych składników kąpieli metalicznej oprócz węgla.
W pierwszej kolejności utlenia się krzem dopiero po tym utlenia się
mangan.
[Si]+2[O]+2(O2-)((SiO44-)
Aniony O- chętnie przyjmują inne kationy. To powoduje że żużel
staje się gęsto płynny, co powoduje że dyfuzja jest utrudniona. Aby
temu zapobiec musimy wprowadzić kationy metali dwuwartościowych
wapnia Ca2+. W rezultacie otrzymamy żużel rzadkopłynny.
[Mn]+[O]((MnO)
(MnO)(Mn2++(O2-)
Są jeszcze zanieczyszczenia takie jak (siarka, fosfor). Siarka powoduje
że stal jest krucha. Fosfor powoduje że stal jest krucha w temp
otoczenia, zawartość fosforu w stali zwykłej nie powinna przekraczać
0,05%, a w stalach lepszych 0,03%.
wykłady
METALURGIA I ODLEWNICTWO
Wadą procesu wielkopiecowego jest to że surówka zawiera bardzo dużo
węgla około 4%. Takiej surówki nie stosuje się do budowy maszyn.
Gazary – są to stopy odlewnicze, w których w czasie krzepnięcia w
formie odlewniczej tworzy się powierzchnia porowata o sterownej liczbie
porów.
WIELKOPIECOWNICTWO
Surowce do wytopu żelaza (surowce żelazonośne).
Ruda jest to mieszanina minerałów wydobywana w procesie górniczym
składa się z dwóch składników:
minerały żelaza,
skała chłonna (wapń, piasek kwarcowy).
Najważniejsze rudy żelaza:
magnetyt Fe3O 4 - sam minerał zawiera około 75% żelaza,
hematyt Fe2O3 - zawiera około 70% żelaza,
limonit nFe2O3*mH2O (uwodniony minerał) (70-63%,
syderyt FeCO3 =65% Fe FeCO3(FeO+CO2(
- piryt FeS =70% Fe FeS+1 ½ O2(FeO+SO 2 (
Syderyt i piryt rzadziej przerabiane, bo muszą być poddane operacji
prażenia.
2.Koks wielkopiecowy i topniki.
Rys. wielkiego pieca
Eksploatacja takiego pieca 10 do 12 lat.
T: Redukcja tlenku żelaza w wielkim piecu.
1.Spalanie węgla i wytwarzanie się atmosfery w wielkim piecu.
C3+{O2}({CO2} - ta reakcja dostarcza dużo ciepła.
{CO2}+C3⇄2{CO} - ta reakcja jest reakcją odwracalną.
Tlenek węgla CO (czad) jest gazem redukującym.
{CO2}+C3(2{CO} - reakcja Boudouarda.
2{CO}({CO2}+C3 -reakcja Bella.
Rys. wykres procesu spalania węgla i wytwarzania atmosfery.
T: Redukcja pośrednia (wykorzystanie tlenku węgla).
Reduktorem jest tlenek węgla. CO2+C(2CO
3Fe2O3+CO(2Fe3O4+CO2
Fe3O4+CO(3FeO+CO2
FeO+CO(Fe+CO2
Reakcja bezpośrednia ma miejsce w wysokich temperaturach.
FeO+C(Fe+CO
Rozkład topników i tworzenie się żużla w wielkimpiecu.
Skała płonna to jest głównie krzemionka SiO2 , także tlenki glinu
Al2O3. Oba te tlenki mają wysokie temperatury topnienia.
Do takich skał płonnych dodaje się topników np.:
węglan wapnia CaCO3(CaO+CO2 w temperaturze około 800o C
nSiO2+mCaO(mCaO*nSiO2 - to jest żużel.
Istotną sprawą dla procesu jest stosunek m/n, który powinien wahać
się w granicach 1,3 do 2, czyli musimy mieć przewagę wapnia
m/n=1,3 do 2 - zasadowość żużla
Warstwa żużla odcina dostęp tlenu wdmuchiwanego do pieca od surówki.
Tlenki które ulegają redukcji krzemu to – tlenki tytanu, niklu,
wanadu, manganu.
Tlenki manganu ulegają redukcji, ale w stosunku do żelaza znacznie
trudniej. MnO (redukuje się bardzo trudno, dopiero po rozpuszczeniu w
żużlu).
Surówki zwierciadliste – zawierają od 10 do 20% manganu.
[Si] – ten krzem pochodzi z krzemionki zanieczyszczającej
minerał.Ulega częściowo redukcji: SiO2+C(Si+CO2 - ta redukcja ma
miejsce dopiero w żużlu. Reakcja edmotermiczna.
Tlenek niklu stosunkowo łatwo ulega redukcji, uzyskujemy prawie 100%
tlenku zawartego w minerale.
Tlenek wanadu bardzo trudno się redukuje.
Tlenek tytanu także się trudno redukuje.
Fosfor – nie tyle składnik co zanieczyszczenie. W rudach występuje
pod postacią tlenku P2O5 – ulega redukcji i rozpuszcza się w
surówce. Jego zawartość jest postacią klasyfikacji surówek. Oprócz
fosforu jako zanieczyszczenie występuje siarka (w koksie około 1,5%)
część siarki rozpuszcza się w surówce.
Reakcja odsiarczania surówki: [S]+(O2-)((S2-)+[O]
Jeżeli stężenie krzemionki jest dość duże to tworzy łańcuch.
Odsiarczanie do 0,03% siarki w surówce.
Produkty wielkiego pieca :
surówka, która zawiera około 3,5 do 4,3% węgla, około 1,2 do 3,5%
krzemu, 0,1 do 2,5% manganu, fosfor waha się od 0,03 do 2,5%, siarka na
poziomie ok. 0,03%. Wysoka zawartość węgla i fosforu powoduje, że
surówka jest twarda i nie nadaje się do obróbki, i musi być
przerobiona (wada).
żużel, podstawowy składnik glino krzemiany wapnia, prawie 100%
żużla przerabia się na cement, ten który nie nadaje się na cement
przerabia się na watę żużlową.
gaz wielkopiecowy, zawiera ok. 20% tlenku węgla, zawiera także ok. 2%
wodoru. Gaz ten jest stosowany jako gaz palny.
Surówki dzielimy na:
surówki przeróbcze – przerabia się w dalszym procesie na stale.
Zawierają więcej manganu od innych surówek, oraz mniej krzemu.
surówki odlewnicze – służą do przetapiania na żeliwo. Mniej
manganu, więcej krzemu.
surówki specjalne (syntetyczne) – są to bardzo czyste surówki.
Zawierają głównie żelazo i węgiel. Przeznaczone są do wytwarzania
żeliwa sfelidalnego, do odlewów utwardzonych na tzw. żeliwo
ciągliwe, na walce.
T: Wielki piec i urządzenia pomocnicze.
Rys. Wielkiego pieca.
Wielki piec jest chłodzony wodą, lej w nim obraca się o kąt 15 do
20o.
Metoda odpylania gazu:
odpylanie wstępne – przez zmianę kierunku przepływu
odpylanie wodne
odpylanie w elektrofiltrach
rys. nagrzewnica Cowper’a
Wielki piec musi posiadać trzy takie nagrzewnice. Nagrzewnica
działają dwustopniowo: nagrzewa oraz oddaje ciepło.
Temperatura powietrza od 600 do 800o .
Gąski- porcje surówki w celu odtransportowania jej.
ROZDZIAŁ 2
T: Przeróbka surówki na stal – proces stalowniczy.
Stalownictwo ma trzy zadania:
Podczas wytapiania surówki musi zmniejszyć zawartość węgla, krzemu
i manganu.
Zmniejszyć zawartość zanieczyszczeń czyli fosforu i siarki.
Usunąć gazy ze stali.
T: Utlenianie węgla.
W surówce jest 3,5 do 4,3% węgla. Stal musi mieć ok. 0,02% węgla.
[C]+[O]({CO}
Aby ta reakcja zaszła musimy rozpuścić tlen w reakcji metalicznej.
Reakcja hetero tlenowa – tzn. że powstaje nowa faza. Aby ta reakcja
była możliwa muszą być spełnione warunki:
pCO( pż+pf+pg+9,87*10-7*2(m/r
Żeby pęcherzyk CO powstał musi być spełniona powyższa
nierówność.
pż- ciśnienie warstwy żużlu pg – ciśnienie gazu
(m – napięcie powierzchniowe kąpieli metalicznej
r – promień zarodka
Kp=pCO/a[C]*a[O]
pCO – ciśnienie jednostkowe CO
a – aktywność
Kp – stała równowagi
pCO=Kp*a[C]*a[O] pCO=Kp*[%C]*[%O]
Pęcherzyk tlenku węgla powoduje (wypływając na wierzch):
mieszanie kąpieli metalicznej i mieszanie żużla (potrzebne dla
wyrównania temp i składu chemicznego)
wydobywając się tlenek rozpuszcza w sobie azot i wodór
pęcherzyki wydobywając się z kąpieli metalicznej usuwają
zanieczyszczenia nie metaliczne.
Utlenianie innych składników kąpieli metalicznej oprócz węgla.
W pierwszej kolejności utlenia się krzem dopiero po tym utlenia się
mangan.
[Si]+2[O]+2(O2-)((SiO44-)
Aniony O- chętnie przyjmują inne kationy. To powoduje że żużel
staje się gęsto płynny, co powoduje że dyfuzja jest utrudniona. Aby
temu zapobiec musimy wprowadzić kationy metali dwuwartościowych
wapnia Ca2+. W rezultacie otrzymamy żużel rzadkopłynny.
[Mn]+[O]((MnO)
(MnO)(Mn2++(O2-)
Są jeszcze zanieczyszczenia takie jak (siarka, fosfor). Siarka powoduje
że stal jest krucha. Fosfor powoduje że stal jest krucha w temp
otoczenia, zawartość fosforu w stali zwykłej nie powinna przekraczać
0,05%, a w stalach lepszych 0,03%.
