TMI – przykładowe pytania

I rok MiBM

1.

Jakiej grupy materiałów inżynierskich dotyczą podane własności?

•

Materiały metaliczne (wiązanie metaliczne):

a.

Dodatni współczynnik temperaturowy oporu,

b.

Nieprzeźroczystość,

c.

Duże przewodnictwo cieplne,

d.

Duża wytrzymałość mechaniczna,

e.

Dobre własności plastyczne (ciągliwość, kowalność),

f.

Dobra przewodność elektryczna,

g.

Różna odporność na korozję,

•

Materiały polimeryczne (wiązanie kowalencyjne, siły Van der Waalsa):

a.

Stosunkowo dobre właściwości mechaniczne,

b.

Są elektroizolatorami,

c.

Odporność na działanie czynników chemicznych,

d.

Mały ciężar właściwy,

e.

Mała odporność na działanie temperatur > 200-300 stopni,

f.

Dają się łatwo formować w wyroby o skomplikowanych kształtach,

g.

Mała gęstość,

h.

Estetyczny wygląd wyrobów: barwienie, przeźroczystość,

•

Materiały ceramiczne (wiązanie kowalencyjne lub jonowe):

a.

Duża twardość i kruchość,

b.

Duża odporność cieplna,

c.

Wysoka ogniotrwałość,

d.

Duża odporność na korozję,

e.

Duża wytrzymałość mechaniczna (przeważnie na ściskanie),

f.

Przeważnie izolatory, izolacje,

g.

Złe własności technologiczne – wymagają specjalnych technik wytwarzania,

2.

Jakie metale można otrzymać z podanych rud?

•

ś

elazo:

a.

Magnetyt,

b.

Hematyt,

c.

Limonit,

d.

Syderyt,

•

Miedź:

a.

Kupryt,

b.

Chalkozyn,

c.

Kowelin,

d.

Malachit,

e.

Chalkopiryt,

•

Aluminium:

a.

Boksyt,

b.

Kaolinit,

•

Cynk:

a.

Blenda cynkowa,

b.

Galman,

3.

Które z wymienionych materiałów ogniotrwałych są odporne na działanie żużli ...?

•

Kwaśne, odporne na działanie żużli kwaśnych:

a.

Krzemionkowe,

b.

Szamotowe,

c.

Szamotowo-kwarcytowe,

•

Zasadowe, odporne na działanie żużli zasadowych:

a.

Magnezytowe,

b.

Magnezytowo-forsterytowe,

c.

Magnezytowo-chromitowe,

d.

Dolomitowe,

•

Obojętne, odporne na działanie żużli kwaśnych i zasadowych:

a.

Chromitowe,

b.

Węglowe,

c.

Szamotowo-grafitowe,

d.

Karborundowe,

e.

Cyrkonowe,

4.

Podział materiałów ogniotrwałych ze względu na reakcję z żużlami.

a.

Kwaśne,

b.

Zasadowe,

c.

Obojętne,

5.

Jakie własności powinien mieć materiał ogniotrwały użyty w budowie nagrzewnic Cowpera?

•

Są to nagrzewnice, w których podgrzewa się powietrze doprowadzane do wielkiego pieca,
temperatura okolo 900 stopni,

•

Materiał musi być odporny na szok termiczny,

6.

W jakim celu stosowane jest prażenie rud metali? W celu wzbogacenia rudy poprzez wstępną redukcję

związków, np. węglanów i usunięcie części domieszek. Przykład reakcji: FeCO3 = FeO + CO2.

7.

W jaki sposób wytwarza się koks? Poprzez suchą destylację (temperatura powoli wzrastająca do 1200

stopni) węgla w piecach koksowniczych. Piece koksownicze mogą być opalane gazem
wielkopiecowym.

8.

Jaką rolę pełni koks w procesie wielkopiecowym?

•

Dostarczenie ciepła (paliwo),

•

Redukcja tlenków żelaza (reduktor),

9.

Do czego służą stożki piroskopowe (Segera)? Służą do badania ognioodporności materiałów

ogniotrwałych, czyli do określenia temperatury mięknięcia.

10.

Schemat wielkiego pieca, narysować i nazwać części składowe:

11.

Z jakich etapów składa się proces świeżenia surówki w konwertorze Thomasa?

•

Iskrowy – wypalanie krzemu i manganu,

•

Płomienny – wypalanie węgla,

•

Dymny – wypalanie fosforu,

12.

Czym różni się proces Bessemera od procesu LD?

•

Do obróbki w procesie Bessemera niezbędne jest użycie rudy o małej zawartości siarki i fosforu,

•

W procesie Bessemera brak możliwości usunięcia fosforu i siarki (kwaśne wymurowanie pieca),

•

W procesie Bessemera niże ciśnienie powietrza, którym przedmuchuje się wsad (około 3 atm w
Bessemera, 9-15 atm w LD),

•

W procesie Bessemera przedmuchuje się poprzez dno konwertora, a w LD za pomocą dyszy
wprowadzonej przez gardziel konwertora,

13.

Podaj rożnice między: stalą, staliwem, surówką.

•

Stal: stop żelaza z węglem, o zawartości węgla max 2%,

•

Staliwo: stop żelaza z węglem w postaci lanej, zawartość węgla max 2%,

•

Surówka wielkopiecowa: stop żelaza z węglem, zawartość ponad 2%, domieszki fosforu, krzemu,
manganu, siarki – przeznaczony do dalszego przetwarzania,

14.

Na czym polega świeżenie surówki żelaza w metodzie LD? Na przedmuchiwaniu wsadu tlenem pod

ciśnieniem przy pomocy dyszy wprowadzonej przez gardziel konwertora. Następuje intensywne
utlenianie domieszek i żelaza, otrzymujemy stal o obniżonej zawartości azotu, fosforu i siarki.

15.

Zapisz reakcje redukcji FeO zachodzące w wielkim piecu (bezpośrednie, pośrednie):

•

Pośrednie:

FeO + CO = Fe + CO2

•

Bezpośrednie:

FeO + C = Fe + CO

16.

W metalurgii jakich metali stosuje się flotację i na czym ona polega?

•

Flotacje stosuje się do wzbogacania rud miedzi i cynku (siarczkowych),

•

Flotacja wykorzystuje różnicę w zwilżaniu przez wodę różnych substancji. Przez flotownik
przepuszcza się powietrze, a z góry zasypuje sproszkowaną rudę. Skała płonna jest zwilżana przez
wodę i zbiera się na dnie, skąd jest cyklicznie usuwana. Niezwilżona ruda wypływa na
powierzchnię i tworzy pianę, która jest kierowana do dalszej przeróbki.

17.

Różnice między flotacją selektywną i kolektywną (różnią się produktami):

•

Flotacja kolektywna: otrzymuje się tylko jeden koncentrat, reszta to odpad,

•

Flotacja selektywna: z rudy wyflotowuje się kolejno więcej minerałów użytecznych, otrzymuje się
kilka koncentratów i odpad,

18.

Na czym polega metoda Bayera?

•

Jest to metoda otrzymywania tlenku glinu,

•

Nadaje się do przetwarzania boksytów o małej zawartości krzemionki,

•

Przy dużej zawartości krzemionki metoda ta jest nieekonomiczna, występują straty tlenku glinu,

•

Rozdrobniony boksyt miele się w młynach z dodatkiem NaOH (ługowanie boksytów
hydragilitowych; natomiast boksyty diasporowe w autoklawach pod wyższym ciśnieniem i w
wyższej temperaturze), a następnie otrzymany czysty wodorotlenek glinu poddaje kalcynacji
(wypalaniu w piecach obrotowych w 1200 stopni). Następuje odwodnienie wodorotlenku i
powstaje czysty tlenek glinu.

19.

Dlaczego w metodzie Bayera nie używa się rud bogatych w krzemionkę? Ponieważ powoduje to straty

tlenku glinu i jest nieekonomiczne.

20.

Na czym polega elektroliza tlenku glinu?

•

Katody: płyty węglowe,

•

Anoda: gęstwa tlenku glinu,

•

Elektrolit: głównie kriolit,

•

W wyniku elektrolizy na dnie wanny wydziela się aluminium w stanie ciekłym (ma większy ciężar
właściwy niż elektrolit),

21.

Na czym polega ługowanie i w metalurgii jakich metali jest stosowane?

•

Stosuje się w metalurgii cynku, aluminium i miedzi,

•

Polega na: rozdrabnianiu rudy i działaniu na nią odpowiednimi roztworami zasad lub kwasów
(wypłukiwanie domieszek?)

22.

W jakich procesach wytwarzania miedzi nie stosuje się brykietowania koncentratu? Brykietowany

koncentrat miedzi stosuje się tylko w procesie wytapiania w piecu szybowym. Wsad musi być
zbrykietowany aby umożliwiał ruch gazów. A więc brykietowanego koncentratu nie stosuje się w:

•

Procesie wytapiania w piecu płomiennym,

•

Procesie zawiesinowym Outokumpu,

23.

Schemat pieca fluidyzacyjnego (proces Outokumpu):

24.

Jakie własności fizyczne cynku wykorzystuje się w procesach hutniczych do jego otrzymywania z rud?

Niską temperaturę wrzenia cynku wykorzystuje się podczas:

•

redukcji tlenku cynku w muflach poziomych – opary cynku opuszczają muflę i skraplają się w
nadstawkach,

•

rafinacji ciekłego cynku metodą rektyfikacji,

25.

Co to jest kamień miedziowy i na czym polega jego dalsza przeróbka?

•

Składa się głównie z siarczków miedzi i żelaza, zawartość miedzi w kamieniu miedziowym
zawiera się w przedziale: 15-60%,

•

Dalsza przeróbka kamienia miedziowego polega na jego konwertorowaniu (przedmuchiwaniu
powietrza przez ciekły wsad, FeS utlenia się wtedy na FeO i można usunąć go z żużlem. W drugim
okresie następuje reakcja między tlenkiem, a siarczkiem miedzi i otrzymujemy miedź surową), a
następnie rafinacji miedzi.

26.

Reakcje świeżenia kamienia miedziowego (konwertorowanie?):

•

Pierwszy okres:

2FeS + 3O2 = 2FeO + 2SO2

2FeO + SiO2 = 2FeO*SiO2

•

Drugi okres (po usunięciu żużla):

2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2

2Cu2O + Cu2S = 6Cu + SO2

27.

W jaki sposób prowadzi się rafinację miedzi? W dwóch odrębnych procesach:

•

Rafinacja ogniowa (usuwanie domieszek mniej szlachetnych od miedzi): przedmuchiwanie
ciekłego wsadu miedzi w piecu płomiennym i utlenianie zbędnych domieszek. Zanieczyszczenia w
postaci tlenków wypływają na powierzchnię kąpieli, tworząc żużel. Tlenek miedzi usuwa się
poprzez żerdziowanie,

•

Rafinacja elektrolityczna (usuwanie domieszek szlachetniejszych od miedzi): między anodami z
miedzi rafinowanej umieszcza się cienkie katody z miedzi o dużej czystości. Pod wpływem prądu
cała miedź osadza się na katodach, które następnie przetapia się i odlewa,

28.

Różnice w budowie i działaniu elektrolizerów do rafinacji oraz otrzymywania miedzi: ???

29.

Schemat rafinacji Miedzi metodą elektrolityczną.

30.

W jakim celu prowadzi się prażenie rud cynku, jakie reakcje zachodzą:

•

W celu przemiany związków siarkowych na tlenki,

•

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2,

31.

Na czym polega proces wytwarzania cynku w muflach?

•

Mufle to zamknięte naczynia, umieszczane w piecach opalanych gazem,

•

Wsad do mufli składa się z: blendy cynkowej spiekanej z tlenkiem cynku oraz reduktora
węglowego,

•

W mufli zachodzi redukcja tlenku cynku w temp. wyższej od temp. parowania cynku,

32.

W jaki sposób otrzymuje się cynk rafinowany?

•

Metodą segregacji (obecnie nie stosowaną): ciekły cynk utrzymuje się w temperaturze wyższej od
temperatury topnienia przez pewien czas, a po odstaniu kąpiel rozdziela się na trzy warstwy (w
górnej cynk z domieszką ołowiu),

•

Metodą rektyfikacji w kolumnach rektyfikacyjnych: proces opiera się na zjawisku różnicy
temperatury wrzenia cynku i domieszek. Najpierw następuje oddzielenie cynku od ołowiu, a
następnie cynku od kadmu.

33.

Jakie są metody wytwarzania proszków?

•

Mechaniczne:

a.

Rozdrabnianie w młynach,

b.

Rozpylanie ciekłego metalu,

c.

Granulowanie (odlewanie do wody),

•

Fizykochemiczne:

a.

Metoda redukcji,

b.

Elektrolizy,

34.

Czy wyroby jednoskładnikowe można spiekać z fazą ciekłą? Nie. ???

35.

Metody zagęszczania proszków:

•

Nasypowe, bez przyłożenia ciśnienia,

•

Wibracyjne,

•

Odlewanie proszków,

•

Wyciskanie,

•

Prasowanie (najczęściej stosowane)

•

Walcowanie,

36.

Różnice między spiekaniem pod ciśnieniem, a prasowaniem na gorąco:

•

Czas, Temperatura, Ciśnienie.