Wstępna przeróbka rudy
Wzbogacanie, m.in. grawitacyjne, ogniowe, magnetyczne
lub przez flotację
Spiekanie
miałkich,
proszkowych
rud
(aglomeracja)
WYNIK
to: surowy metal (stop metali) (metal
niskiej jakości)
METAL UŻYTKOWY
-stopy przeznaczone do obróbki plastycznej
-stopy do odlewania
RAFINACJA
METALU
WYDZIELANIE METALU Z RUDY
LUB KONCENTRATU
P
R
O
C
E
S
M
E
T
A
L
U
R
G
IC
Z
N
Y
COS
(CIĄGŁE ODLEWANIE
STALI)
WSAD: => RUDA, TOPNIKI, KOKS,
UTLENIACZ
porowatość i redukcyjność rudy sprzyjają jej pęcznieniu ze
wzrostem temperatury
=>pochylenie ścian szybu 84÷86
o
C
najniższa część szybu – T = 1050÷1150
o
C
=>malenie objętości wsadu na skutek rosnącej
plastyczności,
=>pochylenie ścian w spadkach
ruda: => minerały żelaza + skała płonna
magnetyt Fe
3
O
4
, hematyt Fe
2
O
3
,
limonit, getyt Fe
2
O
3
•xH
2
O syderyt FeCO
3
Mn, V, Ni => domieszki pozytywne „+”
Cr, Cu, S, Zn, As, Pb => domieszki negatywne
„-”
SKAŁA PŁONNA: => SiO
2
, Al
2
O
3
+ CaCO
3
, MgCO
3
(kwaśne: krzemionka, glinka) (zasadowe: kalcyt, magnezyt)
SiO
2
, Al
2
O
3
=> poprzez reakcje fizyczne - tworzenie roztworów
dają
łatwo topliwe i rzadkopłynne żużle
TOPNIKI: => CaCO
3
, + CaCO
3
•MgCO
3
(kamień wapienny) (dolomit)
Zasadowość żużla:
CaO:SiO
2
= 1,1 ÷ 1,5
Temperatura żużla T
ż
= 1200
o
C
rozpuszczanie do 92% siarki z koksu i
rudy
Reakcja wiązania krzemionki jest endotermiczna
Rozkład 1 tony kamienia wapiennego wymaga 0,28 t
koksu
Im więcej krzemionki, tym więcej koksu w procesie
Schemat blokowy przedstawiający materiały wsadowe i składniki tworzące
żużel
GRUDKI
B. miałki koncentrat
o < 0,06 mm
+ bentonit
+ H
2
O
RUDA SUROWA
SPIEK
Otrzymyw. przez
spiekanie
Miałka ruda < 8 mm
+topniki: kamień
wap.
CaCO
3
< 3 mm dolomit
MgCO
3
+koks w ilości ok. 8 %
< 3 mm
BRYKIETY
otrzymuje się z
koncentratu :
prasowanie pod ciśn.
100MPa
w temp. 900
o
C
redukcja rudy do
50 % Fe
3
O
4
50 % FeO
(wistyt)
SPIEK – gąbczasty, łatwo
redukcyjny
SPIEKANIE
to nadtapianie
powierzchni ziaren rudy
w temp. 1250 - 1320
o
C
na taśmach spiekalniczych
GRUDKOWANIE
-bębnowanie (-)
-talerzowanie (+)
WYPALANIE
*
folia
W temp. 1250-1350
o
C
-piec szybowy
-taśmy
-piece obrotowe
otrzymywanie
S p a lin y
T a ś m a
M ie s z a n k a
S p ie k
P o w ie tr z e
W a r s tw a
ż a r u
Schemat spiekania rud
na taśmie
SPIEK
nawilżona i uśredniona mieszanka rud (ziarno <8 mm) + zmielony
kamień wapienny + dolomit (ziarno <3 mm) => spiek: warstwa 300 mm
- podpalenie koksu w mieszance (ok. 8%) odsysanie powietrza (1250÷
1320
o
C) =>nadtopienie rudy.
Wzbogacanie rudy
► usunięcie nadmiaru skały płonnej
rozdrobnienie(<40 mm)
odsianie podziarna (<8 mm)
spieczenie przemiału z topnikami ►
►– utworzenie samotopliwego spieku
pożądana postać materiału rudnego to spiek, grudki
lub brykiety w miejsce surowej rudy
efekty stosowania taśmy spiekalniczej =>relatywny wzrost ilości surówki
=> zmniejszenie zużycia koksu
STOSOWANIE SPIEKÓW W 100% BEZ TOPNIKÓW POZWALA NA ZWIĘKSZENIE
wydajności
(o 25÷40%) i zmniejszenie (o 25÷ 40%) zużycia koksu
Zanim powstanie faza ciekła żelaza
hematyt redukuje się do magnetytu i częściowo do wistytu (FeO)
Hematyt reaguje z CaO => ferryty wapniowe (xCaO•yFe
2
O
3
)
Schemat blokowy przedstawiający przebieg
spiekania
GRUDKOWANIE RUD
Metoda zbrylania bardzo drobnych koncentratów rudnych
(ziarno poniżej 0,06 mm)
Grudki tworzone są w następstwie ruchu nawilżonego materiału ze
spoiwem bentonitowym w obracającym się zespole
grudkującym, np.
w bębnie lub na obrotowym talerzu, np.:
Φ=4m l=20m wydajność 60 t/h --- bęben
Φ=7m wydajność 100 t/h ---talerz
Urządzenia talerzowe produkują grudki o wymaganej granulacji
i wytrzymałości na ściskanie R
m
15-20 N/grudkę
przy grudkach surowych
oraz R
m
60 N/grudkę
przy grudkach suszonych z dodatkiem bentonitu
Wypalanie grudek 12501350
o
C
BRYKIETOWANIE KONCENTRATÓW ŻELAZA NA GORĄCO
Redukcja rudy hematytowej w temperaturze 900
o
C do mieszanki
magnetytu i wistytu
( po ok. 50%)
Zredukowaną rudę brykietuje się na prasie pierścieniowej pod
naciskiem 100 MPa w temperaturze redukcji
Schemat blokowy przygotowania rudnego wsadu wielkopiecowego
przez grudkowanie i brykietowanie
KOKSOWNICTWO
WĘGIEL KAMIENNY
WZBOGACONY
< 9 % POPIOŁU
WĘGIEL KAM. UROBKOWY
30 % SKŁADNIKI MINERALNE
WZBOGACANIE
-płukanie
-flotację
PRZYGOTOWANIE WSADU I
ZAŁADOWANIE
BATERII KOKSOWNICZEJ
- rozdrobnienie węgla (kruszarki)
- suszenie w temp. 150 – 250
o
C do
wilgotności < 8 %
- ubijanie węgla lub wsypywanie węgla do
baterii
KOKSOWANIE w komorach koksowniczych
W temp. ok. 850 – 1000
o
C, czas = 14 – 23 h
Sucha destylacja
bez dostępu powietrza
PRODUKTY KOKSOWANIA
GORĄCE POWIETRZE
(GORĄCY DMUCH, POWIETRZE
SPALANIA)
TEMPERATURA: 1200 – 1300
O
C
TLEN < 27
%
GAZ (paliwo):
-wielkopiecowy,
-koksowniczy,
-ziemny
70m
3
/1Mg
surówki
PALIWO ZASTĘPCZE
-
wilgoć H
2
O H
2
+ CO
-olej opałowy
-pył węglowy
ZIMNE
POWIETRZE
REKUPERATORY
LUB
REGENERATORY
2
WSAD GAZOWY DO WIELKIEGO PIECA
REAKCJE REDUKCJI POŚREDNIEJ Z
CO --
odbywają się przy koniecznym
nadmiarze CO!
REDUKCJA POŚREDNIA
3Fe
2
O
3
+ CO = 2Fe
3
O
4
+ CO
2
Fe
3
O
4
+ 4CO = 3Fe + 4CO
2
+
ciepło
przy temp.
< 570
o
C
3Fe
2
O
3
+ CO = 2Fe
3
O
4
+ CO
2
Fe
3
O
4
+ CO = 3FeO + CO
2
FeO + CO = Fe + CO
2
+
ciepło
przy temp.
< 960
o
C
REAKCJE REDUKCJI
BEZPOŚREDNIEJ Fe
FeO + CO = Fe + CO
2
+
13,3 kJ
CO
2
+ C = 2CO – 158 kJ
FeO + C = Fe + CO –
144,4 kJ
przy temp. 960 –
1500
o
C
450
o
C
960
o
C
PIERWSZY ETAP PRODUKCJI STOPÓW ŻELAZA
proces ciągły
przez redukcję tlenków żelaza z rudy uzyskuje się ciekłą
surówkę zawierającą ok.
94 %Fe oraz C, Mn, Si, P, S.
Paliwo i reduktor to koks spalany w najniższej
części pieca z niedomiarem powietrza
=>Spalanie =>gaz (42% CO, 2% H
2
, 56%N
2
)
=>nagrzewanie i redukcja tlenków metali spalanie koksu => ruch
wsadu w dół – przeciwnie do ruchu gazów
-ruda w szybie jest w stanie stałym
-w przestronie przechodzi w stan ciastowaty
-w spadkach tylko koks jest w stanie stałym
-pomiędzy jego kawałkami spływa metal i żużel
-surówka i żużel zbierają się w garze =>koniec
redukcji krzemu, początek odsiarczania surówki
REDUKTOR ► koks + UTLENIACZ ►(gorący dmuch T=1200÷1300
o
C
+ wysokie ciśnienie + gaz lub olej +O
2
)
=>łatwa regulacja T, składu chem.(Si), obniżenie zużycia koksu
Ogólny schemat blokowy procesów zachodzących w wielkim
piecu