A1 Regeneracja ciepła - zachowanie w obiegu procesu wielkopiecowego części ciepła, które bez regeneracji byłoby wyrzucone do otoczenia. Regeneracja ciepła pozwala na znaczne podniesienie sprawności termicznej obiegów. Regeneracja dokonywana jest za pomocą tzw. wymienników regeneracyjnych, będących tradycyjnymi wymiennikami ciepła. Rozbudowa układu regeneracyjnego wiąże się z dodatkowymi kosztami inwestycyjnymi (wymienniki, rurociągi, armatura), a liczba wymienników określana jest na drodze zaawansowanych analiz ekonomicznych. Regeneracja ciepła jest podstawowym sposobem karnotyzacji obiegu termodynamicznego.
A2 Materiały ogniotrwałe: szyb -szamotowe, ze stopionego mulitu, karborundowe bezpośrednio wiązane, przestron i spadki -chromowo- spinelowe, gar -korundowo- chromowe, bloki węglowe, ze spiekanego grafitu, bloki grafitowe
A3 Magnetyt: żelaziak magnetyczny, jest tlenkiem żelazowo - żelazowym Fe304 Jest on rudą pochodzenia wulkanicznego. W stanie czystym zawiera 71,4% Fe. Ma właściwości magnetyczne. Jest mało porowaty, stąd trudno się redukuje. Szwecja, Rosja, Norwegia, Suwałki.
Hematyt: żelaziak czerwony, jest tlenkiem żelazowym Fe2O3 w stanie czystym zawiera 70% Fe, zwykle 50-60%. Charakteryzuje się dobrą redukcyjnością, wadą jest znaczna zawartość pyłu. Odmiany: błyszcz żelazny; hematyt czerwony
Kalcyt: minerał z gromady węglanów. Bardzo rozpowszechniony minerał skałotwórczy. CaCO3
Limonit (Fe2O3nH2O): jest mieszaniną mineralną o różnym stopniu uwodnienia, której głównym składnikiem jest getyt. Zawiera domieszki innych minerałów takich jak kwarc, wiwianit, minerały ilaste. Najpospolitszą odmianą limonitu jest żelaziak brunatny, występujący w skupieniach ziemistych, zbitych. Jest to getytowa ruda żelaza. Inne odmiany limonitu to: limonit włóknisty, ruda darniowa, ruda bagienna i jeziorna, żelaziak oolitowy i inne. Limonit wykazuje pochodzenie podobne do getytu.
Wizyt: spiek o małej zawartości FeC zawierający więcej hematytów i ferrytów oraz jest bardziej redukcyjny i mniej wytrzymały
A4 Rudę transportuje się na składowisko magazynu. Jeżeli ziarno rudy jest większe niż 40mm to przed zwałowaniem jest ona kruszona. Jest systematycznie pobierana, przesiewana i mielona do ziarna poniżej 8mm. Uśrednioną a następnie sezonowaną (?) rudę transportuje się do spiekalni. Podaje się kamień wapienny, dolomit i koks o średnicy < 3mm. Materiał trafia na ruszt spiekalniczy. Warstwa materiału na taśmie spiekalniczej ma wysokość 300mm. Nad taśmą umieszczony jest palnik powodujący zapalenie koksu w mieszance (8% koksu). Następuje spalanie w strumieniu powietrza. Po spaleniu koksu odsysane powietrze chłodzi spiek. Spiek powstały przez nadtopienie ziaren daje gąbczastą makrostrukturę, która jest chłodzona i kruszona. Wzbogacenie rudy usunięcie nadmiaru skały płonnej, rozdrobnienie (<40mm), odsianie podziarna (< 8mm), spieczenie przemiału z topnikami > utworzenie samo-topliwego spieku. Spiek Nawilżona i uśredniona mieszanka rud (ziarno < 8mm) + zmielony kamień wapienny + dolomit (ziarno < 3mm) => spiek: warstwa 300mm podpalenie koksu w mieszance (ok. 8%) odsysanie pow. 1250-1350°C => nadtopienie rudy.
A5 Redukcja bezpośrednia polega na redukcji FeO węglem w stanie stałym zgodnie z równaniem: FeO + C = Fe + CO - 144,4kJ Redukcja tlenkiem węgla CO nosi nazwę redukcji pośredniej: FeO + CO = Fe + CO2 + 13,6kJ co w połączeniu z reakcją Boudarta: CO2 + C = 2CO - 158kJ daje taki sam efekt jak w wyniku redukcji bezpośredniej. Graniczną temperaturą obu reakcji jest 950°C, powyżej której zachodzi redukcja bezpośrednia, a poniżej pośrednia. Redukcja pośrednia jest egzotermiczna. Redukcja bezpośrednia jest endotermiczna.
A6 . Fosfor: zmniejsza plastyczność stali, podwyższa temperaturę, w której stal staje się krucha (kruchość na zimno) Siarka: tworzy siarczek żelazowy FeS - powoduje kruchość stali.
A8 Wtrącenia niemetaliczne w stali: tlen, wodór, azot, fosfor, siarka
A9 Żużel — produkt odpadowy procesów hutniczych metali, stop zawierający zanieczyszczenia rud (żużel wielkopiecowy, żużel stalowniczy, żużel szybowy), topniki i pewną ilość tlenków metali lub pozostałość po spaleniu np. węgla, koksu, stanowiąca masę szklistego spieczonego popiołu. Temperatura topnienia ok. 1200OC, rozpuszcza siarkę, skład chemiczny: 37% SiO2, 42% CaO, 9% Al2O3, 8% MgO Rozróżnia się m.in. żużel: martenowski, powstający przy wytopie stali w piecach martenowskich (wykorzystywany jako namiastka rudy żelaza i manganu), tomasowski, powstający w konwertorach Thomasa (stosowany jako fosforowy nawóz sztuczny, tzw. tomasyna), wielkopiecowy (wapno wielkopiecowe), powstający przy wytopie rud żelaza w wielkim piecu (wykorzystywany jako nawóz wapniowy), spieniony (pumeks hutniczy), otrzymywany przez odpowiednie chłodzenie stopionego żużla wielkopiecowego z dodatkiem wody (stosowany do izolacji cieplnej oraz jako dodatek do lekkich betonów).
A10 Proces Thomasa: wyprawa konwertora zasadowa, temp ciekłej surówki wprost z wielkiego pieca 1700oC, kolejność świeżenia: Fe, Mn, Si, P, S, surówka może mieć dużo P
A11 Wyłożenie pieca łukowego: zasadowe, kwaśne (rzadko stosowane) pojemność do 150Mg i moc elektryczna do 42MW. Wypiekanie stali w piecu łukowym może być: z pełnym świeżeniem i ściąganiem żużla, tj. utlenianie C i P, oraz Cr, Mn, V i in. Produkcja głównie stali niestopowych i stopowych z pierwiastkami nie utleniającymi się podczas świeżenia, np. Ni, Mo, odzyskowe (przetapianie złomu). Produkcja stali stopowej ze składnikami łatwo utleniającymi się, np. Cr, Ti, V. Jeden z pierwszych pieców elektrycznych.
B3 Proces Midrex'a: jest najlepiej poznanym i dopracowanym technicznie i konstrukcyjnie procesem redukcji rud żelaza za pomocą mieszaniny składającej się z gazu ziemnego i odlotowego gazu (gardzielowego CO + H2 do 95 % CO2 + H2O ~ 5 %) z samego procesu Midrex. Mieszanka takiego gazu nosi nazwę gazu redukcyjnego. Grudki z procesu Midrex mają najmniej siarki i najwięcej żelaza metalicznego. 3Fe2O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O - 4,1 kJ Fe3O4 + H2 = 3FeO + H2O - 62,2 kJ FeO + H2 = Fe + H2O - 27,6 kJ
B4 Odsiarczanie surówki: część siarki 10-15% jest uwalniana w postaci gazowej SO2 na poziomie dysz gorącego dmuchu. Pozostała zawartość musi być usunięta poprzez żużel odpowiedniej zasadowości. Reakcja odsiarczania: FeS + CaO + C = Fe + CaS + CO - 141kJ Zawartość w żużlu Al2O3 i MgO poprawia lepkość w funkcji temperatury ułatwiając odsiarczanie. Żużel wielkopiecowy: , skład chemiczny: 37% SiO2, 42% CaO, 9% Al2O3, 8% MgO
B5 Surówka - surowy metaliczny materiał, który dzięki zabiegom metalicznym na rudach metali lub koncentratach rudnych przyjmuje postać półwyrobu. Ze względu na budowę (strukturę) rozróżnia się surówki: biała - o białym przełomie, zawierająca węgiel wyłącznie w stanie związanym w postaci cementytu; szara - o szarym przełomie, zawierająca węgiel w stanie wolnym, w postaci grafitu; pstra (połowiczna) - zawierająca skupienia węgla zarówno w stanie związanym jak i wolnym. Ze względu na zawartość fosforu: fosforowa - o zawartości fosforu do 1,2%; hematytowa - o zawartości fosforu do 0,1% Ze względu na sposób otrzymania: drzewnowęglowa - wytopiona na węglu drzewnym; koksowa - wytopiona na koksie. Ze względu na przeznaczenie: besemerowska - o dużej zawartości krzemu, nie zawierająca fosforu i siarki, przeznaczona do wytworzenia stali metodą Bessemera; martenowska - przeznaczona do wytworzenia stali w piecu martenowskim; tomasowska - o dużej zawartości fosforu i małej zawartości krzemu, przeznaczona do wytworzenia stali metodą Thomasa.
B6 Proces konwertorowy Bessemerowski realizowany w konwertorze o wyłożeniu ogniotrwałym kwaśnym ( kwarcowo - szamotowym) umożliwia wytapianie stali tylko z surówek o małej zawartości zanieczyszczeń (fosforu i siarki). Budowa konwertora umożliwia obrót wokół osi poziomej co jest niezbędne przy zalewaniu konwertora surówką i przy spuście stali (pozycja pozioma). W pozycji poziomej wlewa się surówkę. Po włączeniu dmuchu konwerto wraca w położenie pionowe i następuje energiczne przemieszanie powietrza przez kąpiel, powodując świeżenie surówki. W procesie Bessemera można wyróżnić trzy okresy: iskrowy (tworzenie żużla) - utleniają się Si, Mn, Fe oraz nieznacznie węgiel. Powstają tlenki SiO2, MnO, FeO, które tworzą żużel. płomieniowy - intensywne utlenianie węgla. dymny - intensywne utlenianie żelaza (wydziela się brunatny dym). Jest to moment odpowiedni do zatrzymania dmuchu powietrza i spuszczenia stali z konwertora.
Proces Bessemerowski charakteryzuje się krótkim czasem wytopu
B8 Proces VOD łączy w sobie zalety stosowania tlenu, argonu i próżni podczas wytapiania stali z wysoką zawartością chromu i niklu. Urządzenie VOD składa się z komory próżniowej, do której wprowadza się kadź z ciekłą stalą, wytopioną np. w piecu łukowym.
Proces VOD jest typowym procesem argonowo-tlenowo-próżniowym, powszechnie stosowanym do produkcji stali z niską zawartością węgla i wyskoką zawartością chromu, niklu, kobaltu i molibdenu.
Proces VOD wymaga użycia pieca elektrycznego łukowego oraz specjalnego urządzenia próżniowo-argonowo-tlenowego. a) Piec elektryczny łukowy - wytapianie stali, b) Stal w urządzeniu VOD - wyrabianie stali niklowo chromowej
B9 Pieco-kadź jest urządzeniem, do którego z powodzeniem przeniesiono pewne procesy wykańczania i rafinacji ciekłej stali, zazwyczaj realizowane w piecu stalowniczym. Urządzenie to umożliwia odtlenianie, odsiarczanie, poprawę morfologii wtrąceń niemetalicznych, zwężenie składu chemicznego i temperatury, przy jednoczesnym wzroście wydajności stalowni i obniżeniu kosztów produkcji stali - zapewnia niezmienność temperatury zlewania - oraz w wytwarzaniu bardzo dużych wlewków lub odlewów staliwowych - przy niewielkiej pojemności pieca stalowniczego. Główne zespoły to kadź z porowatą kształtką w dnie, pokrywa chłodzona wodą z otworami na elektrody grafitowe oraz transformator zasilający.
B10 Transport pneumatyczny - Ubytki wymurówki pieca mogą być naprawiane techniką torkretowania. Jest to technologia oparta na idei transportu pneumatycznego. Czynnikiem transportującym, mieszającym i dozującym jest sprężone powietrze. Procesy cechują się ciągłością i przebiegają w przepływie gazu lub w dwufazowym strumieniu gazu i materiału ceramicznego. Torkretnica to działko cementowe, które narzuca beton - tynkuje powierzchnie naprawiając konstrukcje betonowe.
Grupa A
Wyjaśnić pojęcia regeneracji ciepła, przedstawić przykład regeneratora
Wymienić materiały ogniotrwałe stosowane w wielkim piecu, przedstawić miejsca ich użycia
Opisać następujące materiały: wisty, hematyt, limonit, magnezyt, korund
Opisać spiekanie rud
Reakcje redukcji bezpośredniej, wyjaśnić ich znaczenie
Opisać wpływ siarki i fosforu w stali
Opisać proces redukcji wysokotemperaturowej wodorem, przedstawić wady i zalety
Wtrącenia niemetaliczne w stali
Żużle w procesach stalowniczych
Proces Thomasa
Piec łukowy
Grupa B
Przedstawić i skomentować reakcje w wielkim piecu na poziomie dysz
Opisać wpływ chromu i niklu w stali
Opisać i przedstawić proces Midrex oraz jego wady i zalety
Skład żużla wielkopiecowego i odsiarczanie surówki
Porównać surówki stosowane w stalownictwie
Konstrukcja i materiały oraz działanie konwertora Bessemera
Niemetaliczne materiały wsadowe w procesach stalowniczych
Przedstawić proces VOD
Konstrukcja i przeznaczenie pieco kadzi w obróbce pozapiecowej stali
Scharakteryzować zabiegi metalurgiczne wykonywane technikami transportu pneumatycznego
Piec indukcyjny