TMI – przykładowe pytania
I rok MiBM
1.
Jakiej grupy materiałów inŜynierskich dotyczą podane własności?
•
Materiały metaliczne (wiązanie metaliczne):
a.
Dodatni współczynnik temperaturowy oporu,
b.
Nieprzeźroczystość,
c.
DuŜe przewodnictwo cieplne,
d.
DuŜa wytrzymałość mechaniczna,
e.
Dobre własności plastyczne (ciągliwość, kowalność),
f.
Dobra przewodność elektryczna,
g.
RóŜna 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 cięŜar 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.
DuŜa twardość i kruchość,
b.
DuŜa odporność cieplna,
c.
Wysoka ogniotrwałość,
d.
DuŜa odporność na korozję,
e.
DuŜa wytrzymałość mechaniczna (przewaŜnie na ściskanie),
f.
PrzewaŜnie izolatory, izolacje,
g.
Złe własności technologiczne – wymagają specjalnych technik wytwarzania,
2.
Jakie metale moŜna 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 ŜuŜli ...?
•
Kwaśne, odporne na działanie ŜuŜli kwaśnych:
a.
Krzemionkowe,
b.
Szamotowe,
c.
Szamotowo-kwarcytowe,
•
Zasadowe, odporne na działanie ŜuŜli zasadowych:
a.
Magnezytowe,
b.
Magnezytowo-forsterytowe,
c.
Magnezytowo-chromitowe,
d.
Dolomitowe,
•
Obojętne, odporne na działanie ŜuŜli kwaśnych i zasadowych:
a.
Chromitowe,
b.
Węglowe,
c.
Szamotowo-grafitowe,
d.
Karborundowe,
e.
Cyrkonowe,
4.
Podział materiałów ogniotrwałych ze względu na reakcję z ŜuŜlami.
a.
Kwaśne,
b.
Zasadowe,
c.
Obojętne,
5.
Jakie własności powinien mieć materiał ogniotrwały uŜyty 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 praŜenie 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 Ŝelaza (reduktor),
9.
Do czego słuŜą stoŜki piroskopowe (Segera)? SłuŜą 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 świeŜenia surówki w konwertorze Thomasa?
•
Iskrowy – wypalanie krzemu i manganu,
•
Płomienny – wypalanie węgla,
•
Dymny – wypalanie fosforu,
12.
Czym róŜni się proces Bessemera od procesu LD?
•
Do obróbki w procesie Bessemera niezbędne jest uŜycie rudy o małej zawartości siarki i fosforu,
•
W procesie Bessemera brak moŜliwości usunięcia fosforu i siarki (kwaśne wymurowanie pieca),
•
W procesie Bessemera niŜe 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 roŜnice między: stalą, staliwem, surówką.
•
Stal: stop Ŝelaza z węglem, o zawartości węgla max 2%,
•
Staliwo: stop Ŝelaza z węglem w postaci lanej, zawartość węgla max 2%,
•
Surówka wielkopiecowa: stop Ŝelaza z węglem, zawartość ponad 2%, domieszki fosforu, krzemu,
manganu, siarki – przeznaczony do dalszego przetwarzania,
14.
Na czym polega świeŜenie surówki Ŝelaza w metodzie LD? Na przedmuchiwaniu wsadu tlenem pod
ciśnieniem przy pomocy dyszy wprowadzonej przez gardziel konwertora. Następuje intensywne
utlenianie domieszek i Ŝelaza, otrzymujemy stal o obniŜonej 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 róŜnicę w zwilŜaniu przez wodę róŜnych substancji. Przez flotownik
przepuszcza się powietrze, a z góry zasypuje sproszkowaną rudę. Skała płonna jest zwilŜana przez
wodę i zbiera się na dnie, skąd jest cyklicznie usuwana. NiezwilŜona ruda wypływa na
powierzchnię i tworzy pianę, która jest kierowana do dalszej przeróbki.
17.
RóŜnice między flotacją selektywną i kolektywną (róŜnią się produktami):
•
Flotacja kolektywna: otrzymuje się tylko jeden koncentrat, reszta to odpad,
•
Flotacja selektywna: z rudy wyflotowuje się kolejno więcej minerałów uŜytecznych, 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 duŜej 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 wyŜszym ciśnieniem i w
wyŜszej 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 uŜywa się rud bogatych w krzemionkę? PoniewaŜ 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 cięŜar
właściwy niŜ 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 umoŜliwiał 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 Ŝelaza, 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 moŜna usunąć go z ŜuŜlem. W drugim
okresie następuje reakcja między tlenkiem, a siarczkiem miedzi i otrzymujemy miedź surową), a
następnie rafinacji miedzi.
26.
Reakcje świeŜenia kamienia miedziowego (konwertorowanie?):
•
Pierwszy okres:
2FeS + 3O2 = 2FeO + 2SO2
2FeO + SiO2 = 2FeO*SiO2
•
Drugi okres (po usunięciu ŜuŜla):
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 ŜuŜel. Tlenek miedzi usuwa się
poprzez Ŝerdziowanie,
•
Rafinacja elektrolityczna (usuwanie domieszek szlachetniejszych od miedzi): między anodami z
miedzi rafinowanej umieszcza się cienkie katody z miedzi o duŜej czystości. Pod wpływem prądu
cała miedź osadza się na katodach, które następnie przetapia się i odlewa,
28.
RóŜnice w budowie i działaniu elektrolizerów do rafinacji oraz otrzymywania miedzi: ???
29.
Schemat rafinacji Miedzi metodą elektrolityczną.
30.
W jakim celu prowadzi się praŜenie 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. wyŜszej od temp. parowania cynku,
32.
W jaki sposób otrzymuje się cynk rafinowany?
•
Metodą segregacji (obecnie nie stosowaną): ciekły cynk utrzymuje się w temperaturze wyŜszej 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 róŜnicy
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 moŜna spiekać z fazą ciekłą? Nie. ???
35.
Metody zagęszczania proszków:
•
Nasypowe, bez przyłoŜenia ciśnienia,
•
Wibracyjne,
•
Odlewanie proszków,
•
Wyciskanie,
•
Prasowanie (najczęściej stosowane)
•
Walcowanie,
36.
RóŜnice między spiekaniem pod ciśnieniem, a prasowaniem na gorąco:
•
Czas, Temperatura, Ciśnienie.