Operator_maszyn_i_urzadzen_metalurgicznych_812[02].Z2.01

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

Wprowadzenie

Wymagania wstępne

Cele kształcenia

Materiał nauczania

4.1.

Przygotowanie wsadu wielkopiecowego

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2.

Wielki piec i urządzenia pomocnicze

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3.

Proces wielkopiecowy

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4.

Produkty wielkiego pieca

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

4.5.

Praca przy wielkim piecu

4.5.1. Materiał nauczania

4.5.2. Pytania sprawdzające

4.5.3. Ćwiczenia

4.5.4. Sprawdzian postępów

Sprawdzian osiągnięć

Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy z zakresu otrzymywania surówek

elaza w procesie wielkopiecowym.

W poradniku znajdziesz:

–

wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć juŜ ukształtowane,
abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika,

–

cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem,

–

materiał nauczania – wiadomości teoretyczne niezbędne do opanowania treści jednostki
modułowej,

–

zestaw pytań, które pozwolą Ci stwierdzić czy juŜ opanowałeś określone treści,

–

wiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować

umiejętności praktyczne,

–

sprawdzian postępów,

–

sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań testowych,

–

literaturę uzupełniającą

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu nauczania jednostki modułowej powinieneś umieć:

—

charakteryzować stany skupienia materii,

—

charakteryzować budowę krystaliczną metali,

—

posługiwać się podstawowymi pojęciami z zakresu metaloznawstwa,

—

charakteryzować rudy Ŝelaza,

—

rozróŜniać składniki strukturalne, gatunki, właściwości i zastosowanie stopów Fe – C,

—

określać wpływ pierwiastków na właściwości stopów Fe – C,

—

charakteryzować maszyny i urządzenia stosowane w procesach metalurgicznych,

—

charakteryzować układy sterowania i regulacji stosowane w procesach metalurgicznych,

—

stosować przepisy bhp, przeciw poŜarowe oraz ochrony środowiska,

—

korzystać z dokumentacji technicznej, literatury technicznej, norm, poradników,

—

pracować w grupie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

wyjaśnić fizykochemiczne podstawy procesów metalurgicznych,

−

rozróŜnić materiały wsadowe do procesu wielkopiecowego,

−

scharakteryzować proces produkcji koksu,

−

rozróŜnić urządzenia wykorzystywane podczas produkcji koksu,

−

scharakteryzować przygotowanie rudy do procesu wielkopiecowego,

−

rozróŜnić urządzenia wykorzystywane podczas przygotowania rudy do procesu
wielkopiecowego,

−

objaśnić budowę wielkiego pieca,

−

rozróŜnić materiały ogniotrwałe stosowane na wymurówkę wielkiego pieca,

−

scharakteryzować układy wielkiego pieca: chłodzenia ścian pieca, załadowczy wsadu,
podgrzewania dmuchu, odbioru i oczyszczania gazu, odbioru ŜuŜla i surówki, sterowania
piecem,

−

objaśnić etapy procesu wielkopiecowego,

−

przedstawić rozkład temperatur w wielkim piecu,

−

rozróŜnić reakcje chemiczne zachodzące w trakcie procesu wielkopiecowego,

−

scharakteryzować produkty wielkiego pieca,

−

określić zakres remontu bieŜącego, średniego i kapitalnego wielkiego pieca,

−

rozróŜnić urządzenia odpylające stosowane w procesie technologicznym otrzymywania
surówki,

−

określić zasady zachowania się w strefach gazoniebezpiecznych oraz w strefach
bezpośredniego zagroŜenia odpryskiem ŜuŜla i ciekłego metalu oraz gorącego metalu,

−

określić zasady bhp, ochrony ppoŜ. i ochrony środowiska obowiązujące podczas
produkcji surówki,

−

skorzystać z dokumentacji technicznej, norm, poradników.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Przygotowanie wsadu wielkopiecowego

4.1.1. Materiał nauczania

Pierwszym etapem otrzymywania Ŝelaza i jego stopów jest proces przerobu rud na

surówkę w wielkim piecu. W procesie wielkopiecowym uzyskuje się przez redukcję tlenków
Ŝ

elaza, zawartych w rudzie, ciekłą surówkę. Surówka wielkopiecowa zawiera około 95% Fe

oraz domieszki takie jak węgiel, mangan, krzem, fosfor, siarka.

Materiałami wsadowymi w procesie wielkopiecowym są rudy Ŝelaza, koks oraz topniki.
Rudy Ŝelaza są źródłem Ŝelaza niezbędnego do wytworzenia surówki w procesie

wielkopiecowym. W skład rud Ŝelaza wchodzą najczęściej związki Ŝelaza w postaci tlenków,
wodorotlenków,  węglanów,  rzadziej  siarczków.  Oprócz  związków  Ŝelaza  rudy  zawierają
równieŜ  skałę  płonną.  Skałę  płonną  tworzą  związki  takie  jak  kwarc,  kaolinit,  kalcyt,
magnezyt.  Niektóre  mineralne  zanieczyszczenia  występujące  w  rudzie  trudno  przechodzą
w stan ciekły. Rudy zawierające takie zanieczyszczenia nazywamy trudno topliwymi. W celu
umoŜliwienia  stopienia  skały  płonnej  rud  dodaje  się  do  wielkiego  pieca  specjalne  topniki.
W niektórych przypadkach skład chemiczny zanieczyszczeń rudy Ŝelaza umoŜliwia łatwe jej
stopienie  wraz  z  dodanymi  topnikami.  Rudy  takie  nazywają  się  łatwo  topliwymi.  Istnieją
równieŜ rudy, których skała płonna topi się łatwo bez dodatku topników. Takie rudy nazywa
się  samotopliwymi.  Skład  chemiczny  skały  płonnej  ma  duŜe  znaczenie  dla  procesów
metalurgicznych. Jeśli w skale płonnej przewaŜa krzemionka (SiO

) to ruda jest kwaśna. Jeśli

przewaŜają składniki zasadowe (kalcyt CaCO

, magnezyt MgCO

), to ruda ma charakter

zasadowy.  Większość  występujących  w  przyrodzie  rud  Ŝelaza  ma  charakter  kwaśny.
W procesach  metalurgicznych  do  rud  kwaśnych  dodaje  się  topniki  zasadowe,  a  do  rud
zasadowych topniki kwaśne.

Niektóre związki chemiczne znajdujące się w rudzie mogą przechodzić w czasie procesu

wielkopiecowego  do  surówki.  ZaleŜnie  od  ich  wpływu  na  własności  surówki  rozróŜniamy
domieszki  poŜyteczne,  jak  mangan,  chrom,  krzem,  oraz  zanieczyszczenia  szkodliwe,  jak
siarka, fosfor i arsen.

Rudami, które mają największe znaczenie przemysłowe są:

—

magnetyt lub Ŝelaziak magnetyczny (Fe

), zawierający około 70% Fe, barwa

stalowoszara aŜ do czarnej,

—

hematyt lub Ŝelaziak czerwony (Fe

), zawierający 50–60% Fe, barwa stalowoniebieska

lub czerwona,

—

limonit lub Ŝelaziak brunatny (2Fe

·3H

0), zawierający średnio 30–53% Fe, barwa

ółta, brunatna, a niekiedy czarna,

—

syderyt lub Ŝelaziak szpatowy (FeCO

), zawierający średnio 30–40% Fe, barwa

ółtawoszara lub Ŝółtawobrunatna.

Rudy wydobyte w kopalni są poddawane procesom przygotowawczym ułatwiającym

otrzymanie z nich surówki. Do procesów przygotowawczych moŜna zaliczyć rozdrabnianie,
sortowanie, spiekanie, grudkowanie i brykietowanie(rys.1).

Rozdrabnianie ma na celu uzyskanie wymaganej ziarnistości materiałów wsadowych. Do

kruszenia zgrubnego (do 100 mm)stosuje się łamacze szczękowe i kruszarki walcowe. Do
kruszenia średniego (100–30 mm) uŜywa się zwykle łamaczy stoŜkowych lub grzybkowych.
Do pozostałych stopni kruszenia stosuje się młyny kulowe i młyny młotkowe.

Kruszenie rud odbywa się najczęściej w łamaczach stoŜkowych (rys. 2).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1,0 mm, a częstotliwość wynosi 1500–3000 drgań/minutę. Pod względem napędu sita
wibracyjne dzielą się na mechaniczne lub elektromagnetyczne.

Rys. 3.

Schemat przesiewacza bezwładnościowego: 1 – kadłub ruchomy, 2 – sito,
3 – spręŜyny, 4 – nieruchoma rama przesiewacza, 5 – wał, 6 – koło pasowe,
7 – cięŜar niewyrównowaŜony [4, s. 77]

Spiekanie rud Ŝelaza ma za zadanie jej zbrylenie oraz połączenie z topnikami. W celu

zwiększenia  wydajności  i  uzyskania  dobrej  jakości  spieku  naleŜy  właściwie  przygotować
mieszankę.  Jednorodność  składu  oraz  jednakowe  własności  rudy  uzyskuje  się  przez
równomierne  usypywanie  cienkich  warstw  poszczególnych  gatunków  rudy  we  wspólne
podłuŜne  zwały.  Ruda  powinna  przebywać  w  zwałach  przez  okres  14  dni.  W  tym  czasie
następuje  sezonowanie  rudy,  polegające  na  wyrównaniu  zawartości  wilgoci  oraz  zbryleniu
najdrobniejszych  ziarenek.  Podczas  sezonowania  korzystne  jest  dodanie  do  rudy  wapna
palonego. Wsadem do procesu spiekania jest miał rudy Ŝelaza (ziarno poniŜej 8 mm), kamień
wapienny  lub  dolomit  oraz  paliwo  w  postaci  drobno  zmielonego  koksiku  (ziarno  poniŜej
3  mm)  W  procesie  spiekania  zbrylanie  się  drobnoziarnistej  rudy  następuje  wskutek
powierzchniowego  nadtapiania  się  ziarn  pod  działaniem  ciepła  uzyskiwanego  wskutek
spalania  się  koksiku  dodawanego  do  mieszanki  spiekalniczej.  Do  spiekania  rud  uŜywa  się
taśm spiekalniczych napędzanych silnikami prądu stałego.

Taśma spiekalnicza (rys. 4) jest taśmą napiętą na dwóch bębnach, złoŜoną z szeregu

przegubowo połączonych wózków, których dnem jest ruszt. Powietrze potrzebne do spalania
koksiku  jest  zasysane  od  góry  przez  ssawy  13.  Pod  rusztem  taśmy  znajdują  się  komory
zasysające,  którymi  odprowadzane  są  spaliny  powstałe  podczas  spalania  koksiku.  Początek
procesu  spiekania  następuje  bezpośrednio  za  urządzeniami  zasypującymi  mieszankę,  gdzie
zainstalowany jest palnik gazowy 8. Płomień palnika zapala koksik w przesuwającej się pod
nim  powierzchniowej  warstwie  mieszanki  spiekalniczej.  Prędkość  ruchu  taśmy  wynosi
1,5–4,5 m/min i jest tak dobrana, Ŝe po jej całkowitym przejściu kończy się proces spiekania.
Spiek  w  postaci  gorących  placków  przechodzi  przez  łamacz  obrotowy  15,  gdzie  zostaje
rozdrobniony  na  kawałki  poniŜej  150  mm.  Rozdrobniony  spiek,  po  przesianiu  spada  na
stalową taśmę chłodzącą 18. Drobnoziarnisty spiek wspólnie z pyłem oddzielonym od spalin
odprowadzany jest podajnikami 17 i 3 do mieszalnika 6.

Kontrola procesu spiekania obejmuje kontrolę mieszanki wsadowej (ilość materiałów,

skład chemiczny), kontrolę procesu spiekania (temperatura spalin, podciśnienie w komorach
odciągowych, prędkość posuwu taśmy), kontrolę spieku (wytrzymałość bębnowa, analiza
chemiczna, skład sitowy).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 4. Taśma spiekalnicza [3, s. 88]

Ocenę jakości spieku prowadzi się między innymi przez stałą obserwację gotowego

spieku spadającego z taśmy i rozkład temperatury w najniŜszej warstwie spieku na jej
przełomie. Przy równomiernej mieszance i właściwym przesysaniu przez nią powietrza strefa
Ŝ

aru przesuwa się równomiernie w dół. W ostatnim stadium spiekania na przełomie spieku

jest widoczna strefa Ŝaru w postaci rozpalonej do białości smugi wysokości około 40 mm tuŜ
nad  rusztem.  Przy  niewłaściwym  przebiegu  spiekania  Ŝar  nie  tworzy  smugi  ciągłej,  ale  jest
przerwany i ma uskoki na róŜnych poziomach. Jeśli Ŝar na końcu taśmy nie doszedł do rusztu
naleŜy  zwolnić  prędkość  taśmy.  Jeśli  stwierdzono,  Ŝe  spiek  na  przełomie  jest  w  całości
ciemny,  naleŜy  zwiększyć  prędkość  taśmy,  gdyŜ  spiekanie  zakończyło  się  jeszcze  przed
końcem taśmy.

Grudkowanie rud polega na tworzeniu się z drobnoziarnistej, nawilŜonej rudy, prawie

foremnych kulek o średnicach 20÷25 mm. Urządzenia do prowadzenia procesu grudkowania
mogą  być  dwojakiego  typu,  przy  czym  ich  zastosowanie  zaleŜy  przede  wszystkim  od
przeznaczenia  produkowanych  grudek.  Grudki  przeznaczone  do  dalszego  spiekania
przygotowuje  się  w  grudkowniach  talerzowych.  W  tym  procesie  dokonuje  się  zbrylania
bardzo  drobnoziarnistych  składników  mieszanki  w  grudki  o  wymiarach  około  6  mm.
Grudkowanie  rud  przeznaczonych  do  bezpośredniego  przerobu  w  wielkich  piecach
przeprowadza  się  w  bębnach  grudkowych  (rys.  5).  W  procesie  otrzymuje  się  grudki
dochodzące do 35 mm. Obrót bębna 1 powoduje toczenie się materiału po jego wewnętrznej
powierzchni,  natomiast  nachylenie  osi  bębna  powoduje  przesuwanie  się  materiału  ku
wylotowi 3. Grudki po opuszczeniu bębna są segregowane na sitach 5.

Brykietowanie polega na zbrylaniu rudy w prasach pod duŜym ciśnieniem. Miał rudy,

o  ziarnistości  poniŜej  5  mm,  po  wysuszeniu  i  odsianiu  większych  ziarn,  jest  mieszany
z materiałem wiąŜącym w postaci wiór Ŝeliwnych z dodatkiem soli kuchennej. Po napełnieniu
formy  mieszanką  następuje  prasowanie.  Dla  nadania  brykietom  większej  wytrzymałości
poddaje się je utwardzaniu, przez nagrzewanie w piecach do praŜenia brykietów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 5. Bęben grudkowy [3, s. 91]

Koks w procesie wytapiania surówki w wielkim piecu ma za zadanie dostarczenie ciepła

oraz zredukowanie tlenków Ŝelaza. Otrzymuje się go w procesie koksowania, który polega na
ogrzewaniu węgla bez dostępu powietrza do temp. 1000 ºC w tzw. bateriach koksowniczych.
W  tych  warunkach  węgiel  ulega  rozkładowi  na  cztery  główne  produkty:  koks,  wodę
pogazową,  smołę  węglową  i  gaz  koksowniczy.  Koks  jest  to  paliwo  o  wyŜszej  kaloryczności
od  zwykłego  węgla  kopalnego,  gdyŜ  zawiera  co  najmniej  90–95%  czystego  węgla.
W procesie koksowania z surowego węgla usuwane są gazy, ciecze, substancje łatwotopliwe,
oraz inne substancje (głównie organiczne) ulegające rozkładowi w tych temperaturach. Koks
jest substancją szaro-czarną, porowatą, o charakterystycznym zapachu gazów koksowniczych.
Zaletą  koksu  w  porównaniu  z  węglem  kamiennym  jest  jego  wyŜsza  kaloryczność,
jednocześnie spokojniejsze spalanie, co umoŜliwia rzadsze uzupełnianie opału w piecu.

Koks hutniczy powinien odznaczać się dobrą wytrzymałością na ściskanie i ścieranie

w warunkach pracy w wielkim piecu oraz dobrą przepuszczalnością gazów. Nie powinien
zawierać nadmiernych ilości siarki, wilgoci i popiołu.

Węgiel do procesu koksowania wymaga odpowiedniej przeróbki, która polega na

rozdrobnieniu na drobne frakcje, a następnie wymieszaniu frakcji róŜnych gatunków według
określonych  wymagań.  Gotową  mieszankę  koksowniczą  pobiera  się  w  odpowiednich
porcjach  do  ubijarek  wsadu  (wsadnicy)  albo  wagonu  załadowczego  (zasypnicy).  Ładowanie
komór  moŜe  odbywać  się  systemem  ubijanym  lub  zasypowym.  Do  rozdrabniania  węgla
stosuje  się  mechaniczne  urządzenia  rozdrabniające.  Rozdrabnianie  (kruszenie)  węgla
w procesie koksowniczym odbywa się w dwóch etapach – kruszenie wstępne i końcowe.

Do kruszenia wstępnego uŜywa się łamaczy szczękowych oraz kruszarek walcowych.
Łamacz szczękowy (rys. 6) ma dwie szczęki kruszące, ruchomą i stałą. Szczęka ruchoma

wykonując  ruch  wahadłowy  zbliŜa  się  i  oddala  od  szczęki  stałej.  Między  szczękami
dostarczany  materiał  jest  poddawany  procesowi  rozdrabniania.  Wielkość  szczeliny  między
szczękami określa kawałkowość kruszywa.

W obudowie kruszarki walcowej (rys. 7) umieszczone są dwa walce. Walce mogą mieć

powierzchnie  rowkowe  lub  teŜ  mogą  być  wyposaŜone  w  kły.  Kły  są  tak  osadzone,  Ŝe  kły
jednego  walca  trafiają  w  przestrzeń  między  kłami  drugiego  walca  wywołując  działanie
rozrywające.  Do  rozdrabniania  końcowego  uŜywane  są  najczęściej  dezyntegratory.
Dezyntegratory składają  się z dwóch tarcz obracających się w przeciwne strony. W tarczach
umocowane są rzędy prętów stalowych. Węgiel zasypywany z boku trafia na wirujące pręty,
gdzie ulega rozdrobnieniu oraz wymieszaniu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Do wytwarzania mieszanki koksowniczej słuŜą zasilacze talerzowe (rys. 8).

Rys. 8. Zasilacz talerzowy [4, s. 19]

Mieszankę wsadową uzyskuje się z róŜnych gatunków węgla dostarczanego do

zasobników  dawkujących.  Pod  kaŜdym  zasobnikiem  znajduje  się  talerz  zasilacza  2,  który
obraca  się  w  osi  pionowej.  Przestrzeń  między  zasobnikiem  i  talerzem  wypełnia  ruchomy
pierścień  4.  po  uruchomieniu  talerza  następuje  wysypywanie  węgla  3  ze  zbiornika.  Ilość
węgla zgarniętego moŜna regulować zgarniakiem 5 lub ruchomym pierścieniem 4. Zasilacze
są ustawione nad zbiorczym przenośnikiem taśmowym 6.

Do magazynowania mieszanki słuŜą wieŜe węglowe (rys. 9).

Rys. 9.

WieŜa węglowa: 1 – zbiornik, 2 – urządzenie do mieszania, 3 – wóz zasypowy,
4 – urządzenie transportowe [4, s. 20]

Koksowanie odbywa się w specjalnych piecach koksowniczych. Koksownie wyposaŜone

są najczęściej w piece typu Koppersa, Otta lub Stilla. MoŜna je opalać okresowo gazem
koksowniczym lub wielkopiecowym. Piece koksownicze łączy się w zespoły. Zespół pieców

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

mających wspólne urządzenie do ładowania i wyładowania nazywa się baterią koksowniczą.

Na rysunku 10 przedstawiono schemat pieca Koppersa. Z obu stron pieca znajdują się
przewody doprowadzające gaz 1,1a, 10, 10a. Komory koksownicze 12 ogrzewane są przez
ś

ciankę odgraniczającą komorę grzewczą 11. Gaz doprowadzany jest kanałami 2 i kanałami

rozdzielczymi  do  kaŜdego  kanału  grzewczego  11.  Powietrze  do  spalania  zasysane  z  jednej
strony baterii przez zawór 4 dostaje się do kanałów 8 regeneratora 3 i po nagrzaniu kanałem
5 do  kanałów  grzewczych  11.  Powstałe  spaliny  kierowane  są  do  sąsiedniego  kanału
grzewczego i uchodzą do kanału rozdzielczego 7a i kanałami 6a do regeneratorów 3a. Jest to
obieg  części  koksowniczej.  Podobnie  rozprowadza  się  gaz  z  przewodu  1a.  Do  maszynowej
części powietrze przepływa przez regenerator 3, kanał łączący 6, kanał rozdzielczy 7 i kanał
13  do  kanałów  grzewczych  11.  Spaliny  z  maszynowej  części  kierowane  są  kanałami  5a
wprost  do  regeneratora  3a  i  kominowych  kanałów  zbiorczych.  W  czasie  kiedy  regeneratory
części  koksowej  ogrzewają  powietrze,  regeneratory  części  maszynowej  ogrzewane  są
spalinami.

Rys. 10. Piec Koppersa [4, s. 22]

Wsad węglowy ogrzewa się w piecu do temperatury 1000÷1500ºC bez dostępu

powietrza.  W tej  temperaturze  masa  węglowa  staje  się  materiałem  twardym  i  wytrzymałym
oraz  pozbawionym  wilgoci  i  znacznej  ilości  części  lotnych.  Czas  koksowania  waha  się
w granicach 12–16 godzin.

Po zakończeniu koksowania koks zostaje wypchnięty do wozu gaśniczego, w którym

rozŜarzony  koks  odwozi  się  do  wieŜy  gaśniczej  (rys.  11).  Tam  pod  wpływem  silnych
strumieni wody koks szybko się gasi. W dalszej kolejności zgaszony koks odwoŜony jest na
zrzutnię  celem  odprowadzenia  nadmiaru  wilgoci  oraz  ochłodzenia.  Koks  ze  zrzutni  zostaje
odtransportowany  do  sortowni.  Zadaniem  sortowania  jest  rozdział  koksu  na  poszczególne
asortymenty.  Do  wykonania  tego  zadania  słuŜą  przesiewacze  rolkowe  (rys.  12),  wstrząsowe
oraz wibracyjne.

Dobry koks ma zabarwienie jasno szare, z lekka srebrzyste. Nie brudzi rąk, a przy

uderzeniu wydaje słaby dźwięk. Jeśli w kawałkach koksu znajdują się cząstki słabo

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W zakładach koksowniczych obowiązują szczegółowe instrukcje stanowiskowe oraz

przepisy  bezpieczeństwa  i  higieny  pracy.  ZagroŜenia  w  oddziale  przygotowania  wsadu
związane  są  z  obsługą  wywrotnic,  wagonów,  urządzeń  taśmowych,  młynów  kruszarek
i innych.  Niedozwolone  jest  smarowanie  oraz  naprawa  maszyn  pozostających  w  ruchu.
W zamkniętych  pomieszczeniach  zakładów  przerabiających  węgiel  i  w  zbiornikach  moŜe
gromadzić  się  pył  lub  metan.  Dlatego  zabrania  się  uŜywania  otwartego  ognia,  a  urządzenia
elektryczne powinny być zabezpieczone przed iskrzeniem.

Na rysunku 13 przedstawiono ogólny schemat produkcji koksu.

Rys. 13.

Schemat rozmieszczenia maszyn i urządzeń w koksowni [4, s. 14]

Topniki stosuje się w celu ułatwienia stopienia skały płonnej i oddzielenia

zanieczyszczeń  metalowych  od  Ŝelaza.  Topniki  powinny  umoŜliwiać  powstawanie  łatwo
topliwych  ŜuŜli.  śuŜel  powinien  charakteryzować  się  odpowiednią  rzadkopłynnością,
umoŜliwiającą łatwe zgarnianie z powierzchni ciekłego metalu oraz usunięcie z pieca. Do rud
kwaśnych  powinno  stosować  się  topniki  zasadowe.  Jako  topników  zasadowych  uŜywa  się
najczęściej  węglanu  wapnia  (CaC0

). MoŜna równieŜ stosować magnezyt (MgC0

) lub

dolomit (MgC0

CaC0

). Do rud zawierających składniki zasadowe stosuje się topniki

kwaśne, najczęściej ubogie rudy kwaśne lub kwaśny ŜuŜel pochodzący z procesów
stalowniczych.

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie materiały wsadowe stosuje się w procesie wielkopiecowym?

Jakie zadanie spełnia koks podczas wytopu surówki w wielkim piecu?

Jakie zadanie spełniają topniki w procesie wielkopiecowym?

Jakie rudy Ŝelaza stosowane są najczęściej w procesach metalurgicznych?

Jakie składniki zawiera skała płonna rud kwaśnych?

Jakie składniki zawiera skała płonna rud zasadowych?

Jakie topniki stosuje się dla rud kwaśnych, a jakie dla zasadowych?

Jak przeprowadza się rozdrabnianie rud?

Jak przeprowadza się sortowanie rud?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

10.

Jak prowadzi się proces spiekania rud?

11.

Jak przeprowadza się grudkowanie i brykietowanie rud?

12.

Jakie urządzenia stosuje się do rozdrabniania węgla?

13.

Jaka jest budowa i zasada działania łamaczy szczękowych?

14.

Jakie piece stosuje się najczęściej w zakładach koksowniczych?

15.

Jakie urządzenia stosuje się do gaszenia koksu?

16.

Jakie urządzenia stosuje się do sortowania koksu?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Scharakteryzuj wskazane przez nauczyciela rudy Ŝelaza.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące rud Ŝelaza,

rozpoznać poszczególne rodzaje rud Ŝelaza,

zapisać nazwy rozpoznanych rud Ŝelaza i ich krótką charakterystykę,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

próbki rud Ŝelaza,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Scharakteryzuj wskazane przez nauczyciela materiały wsadowe.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące materiałów wsadowych,

rozpoznać poszczególne rodzaje materiałów wsadowych,

zapisać nazwy rozpoznanych materiałów wsadowych i ich krótką charakterystykę,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

próbki materiałów wsadowych,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 3

Dokonaj analizy przebiegu spiekania na podstawie obserwacji rozkładu temperatur na

przełomie spieku.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące kontroli procesu spiekania,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

przeprowadzić obserwacje strefy Ŝaru podczas spiekania,

na podstawie obserwacji ocenić czy prędkość przesuwu taśmy spiekalniczej jest
właściwa,

stosować zasady bhp,

zaprezentować wynik ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

taśma spiekalnicza,

−

miał rudy Ŝelaza, kamień wapienny lub dolomit, drobno zmielony koksik,

−

instrukcje stanowiskowe,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 4

Na podstawie schematu scharakteryzuj proces produkcji koksu.

Schemat do ćwiczenia 4

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje produkcji koksu,

przeanalizować schemat rozmieszczenia maszyn i urządzeń w koksowni,

scharakteryzować kolejne etapy procesu otrzymywania koksu,

scharakteryzować zagroŜenia dla zdrowia i Ŝycia występujące podczas produkcji koksu,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

schemat rozmieszczenia maszyn i urządzeń w koksowni,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

scharakteryzować materiały wsadowe?

scharakteryzować rudy Ŝelaza?

wyjaśnić cel stosowania topników?

określić zadania koksu w procesie wielkopiecowym?

rozróŜnić materiały wsadowe w procesie wielkopiecowym?

scharakteryzować sposoby przygotowania rud Ŝelaza?

scharakteryzować sposoby przygotowania koksu?

rozróŜnić urządzenia stosowane w przygotowaniu rud do procesu
wielkopiecowego?

rozróŜnić urządzenia stosowane podczas produkcji koksu?

10)

dobrać topniki w zaleŜności od składu chemicznego rudy?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Wielki piec i urządzenia pomocnicze

4.2.1. Materiał nauczania

Wielki piec jest piecem szybowym pracującym w sposób ciągły. Wewnętrzny kształt

wielkiego pieca odpowiada dwom stoŜkom ściętym, zwróconym ku sobie większymi
podstawami, które są połączone i ograniczone z przeciwnych stron trzema niezbyt wysokimi
częściami walcowymi. Przestrzeń wielkiego pieca składa się z następujących stref:

—

gardziel ma kształt walca zamkniętego od góry urządzeniem zasypowym,

—

szyb o kształcie stoŜka ściętego stanowi najdłuŜszą część wielkiego pieca. Kształt oraz
wymiary szybu podyktowane są przemianami zachodzącymi w tej części pieca. W miarę
opuszczania się materiałów wsadowych wzrasta ich temperatura i następuje zwiększenie

—

objętości,

—

przestron ma kształt walca,

—

spadki stanowią tę część wielkiego pieca, w której powstaje surówka i ŜuŜel. Kształt
spadków zapewnia regularny spływ tych produktów do garu i kompensuje zmniejszającą
się objętość juŜ całkowicie płynnego wsadu,

—

gar  ma  kształt  walca.  W  jego  górnej  części  zainstalowane  są  dysze  doprowadzające
powietrze  potrzebne  do  spalania  koksu.  Część  dolna  spełnia  rolę  zbiornika  płynnej
surówki.  W  dolnej  części  garu  znajduje  się  otwór  słuŜący  do  spuszczania  surówki.
Podczas  wytopu  otwór  surówkowy  jest  zalepiony  ogniotrwałą  gliną.  Nieco  wyŜej
znajduje się otwór do spuszczania ŜuŜla.

—

trzon stanowi dno garu i jest on usytuowany bezpośrednio na fundamencie.
Wielki piec i urządzenia z nim współpracujące tworzą zespół konstrukcji

i mechanizmów, w skład którego wchodzą konstrukcje stalowe, obmurze wraz z systemem
chłodzenia i doprowadzenia dmuchu, urządzenia zasypowe oraz zespół urządzeń podających.

Rys. 14. Wielki piec [2]

Pancerz pieca wykonany z blach stalowych jest wewnątrz wymurowany materiałami

ogniotrwałymi,  zwykle  cegłami  szamotowymi.  Dolne  części  pieca  powinny  być  wykonane
z  cegieł,  które  oprócz  odporności  na  działanie  wysokiej  temperatury  muszą  być  odporne  na
chemiczne  działanie  roztopionego  Ŝelaza.  Do  budowy  trzonu  oraz  wnętrza  garu  i  spadków

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

stosuje  się  cegły  wykonane  z  drobno  zmielonego  koksu  z  dodatkiem  smoły  pogazowej.
Ogromne  ilości  ciepła  powstającego  w  wyniku  spalania  koksu  mogłyby  spowodować
nadmierny  wzrost  temperatury  ścian  i  ich  szybkie  zuŜycie,  gdyby  nie  chłodzono  pieca
w  czasie  pracy.  Piece  chłodzi  się  za  pomocą  chłodnic  umieszczonych  pomiędzy  pancerzem
i  wymurówką  lub  wewnątrz  wymurówki.  Gar  i  trzon  chłodzi  się  za  pomocą  płytowych
chłodnic pionowych. Są to odlewy z Ŝeliwa z zalanymi rurkami, przymocowane do pancerza
ś

rubami. WyŜsze strefy pieca studzone są chłodnicami Ŝeberkowymi chłodnice te wzmacniają

obmurze wielkiego pieca. Płyty chłodnicze przylegające do otworu dyszowego oraz do
otworu spustowego mają odpowiednią konstrukcję. Strefę dyszową studzi się za pomocą
chłodnic skrzynkowych z miedzi. Do chłodzenia szybu stosuje się chłodnice wspornikowe.

Rys. 15. Chłodnice 1 – chłodnica płytowo – wspornikowa, 2 – chłodnica płytowo pozioma,

3 – chłodnica skrzynkowa, 4 – natryski przestronu, 5 – rynna odpływowa, 6 – chłodnica
płytowa, 7 – chłodnica pionowa, 8 – chłodnica pierścieniowa [4 , s. 108]

Dla sprawnej i długotrwałej pracy chłodnic konieczne jest właściwe wykonanie obmurza

z wysokojakościowych cegieł, prawidłowy odlew płyt chłodniczych oraz uŜywanie do
chłodzenia czystej i miękkiej wody.

Załadunek wielkiego pieca (rys. 16) odbywa się w jego górnej części za pomocą

urządzenia zasypowego 17 zamykającego gardziel. Urządzenia załadowcze składają się
z zasobników 12 wyposaŜonych w dozowniki 13 ( wagon – wagi) oraz wyciągu skibowego

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

16. Koks ładowany jest z osobnych zasobników poprzez ruszt rolkowy i zbiornik – wagę do
skipów 15. Skip 15 zostaje załadowany w jego dolnym połoŜeniu w jamie skipowej 14.

Rys. 16. Wielki piec: 1 – fundament, 2 – pancerz trzonu, 3 – pancerz garu i spadków,

4  –  pancerz  szybu  i  gardzieli,  5  –  kolumny  podszybowe,  6  –  obmurze  z  materiałów
ogniotrwałych,  7  –  płyty  stalowe  dla  ochrony  gardzieli,  8  –  chłodnice  podpancerzowe,
9  –  chłodnica  szybu,  10  –  rury  wodne  zasilające,  11  –  zbiorniki  wody  z  chłodnic,
12 – zasobniki tworzyw, 13 – wagon – waga, 14 – jama skipowa, 15 – skip (wózek skipowy)
16 – wyciąg skipowy, 17 – urządzenie zasypowe, 18 – otwór spustowy, 19 – rynna do surówki,
20 – otwór ŜuŜlowy, 21 – rynna do ŜuŜlu, 22 – okręŜnica doprowadzająca dmuch, 23 – zestaw
dyszowy, 24 – przewody odprowadzające gaz gardzielowy [3, s.94]

Następnie pochyłym wyciągiem skip wędruje ponad gardziel wielkiego pieca, gdzie

w skrajnym  połoŜeniu,  na  skutek  przechylenia,  wysypuje  swą  zawartość  przez  rynnę  do  leja
zasypowego.  W  polskim  hutnictwie  najczęściej  stosuje  się  urządzenia  zasypowe  systemu
dwustoŜkowego  z  lejem  obrotowym  (rys.  17).  Lej  obrotowy  3  moŜe  obracać  się  w  sposób
ciągły  lub  okresowo  po  kaŜdorazowym  wysypaniu  zawartości  skipu  2.  Ruch  obrotowy  leja
powoduje  równomierny  rozrzut  materiałów  wsadowych.  Lej  zamknięty  jest  od  dołu  małym
stoŜkiem  4.  StoŜek  mały  4  i  stoŜek  duŜy  5  umocowane  są  sztywno  na  cięgnach  8,
podwieszonych  na  dźwigniach  wahadłowych  z  przeciwcięŜarami,  słuŜącymi  do  opuszczania
stoŜka.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Po wyjściu z nagrzewnicy powietrze dostaje się do okręŜnicy i dalej przez dysze do

wielkiego pieca (rys. 19).

Rys. 19. Przewody doprowadzające dmuch do wielkiego pieca [3, s. 99]

Podczas pracy pieca prowadzi się pomiar ilości, ciśnienia i temperatury dmuchu. Do

pomiaru temperatury moŜna stosować termometry rozszerzalnościowe, elektryczne oporowe
lub termoelektryczne. Pomiar ciśnienia odbywa się za pomocą manometrów cieczowych lub
spręŜynowych.

PoniŜej osi dysz znajduje się jeden względnie dwa otwory spustowe ŜuŜla. W otworach

osadza  się  zestawy  ŜuŜlowe.  Otwory  spustowe  ŜuŜla  zatyka  się  za  pomocą  zatykarki
wyposaŜonej  w  miedziany  drąg  zaopatrzony  na  końcu  w  korek  o  wymiarach  ściśle
dostosowanych  do  wymiarów  ŜuŜlówki.  Właściwe  chłodzenie  ŜuŜlówki  i  drąga  powoduje
zastyganie  wokół  korka  warstwy  ŜuŜla,  która  po  wyjęciu  drąga  utrzymuje  otwór  w  stanie
zamkniętym.  Zatykarka  (rys.  20)  jest  tak  skonstruowana,  Ŝe  słuŜy  jednocześnie  jako
przebijarka do otworów.

Rys. 20.

Zatykarka otworu ŜuŜlowego: 1 – zawieszenie, 2 – drąg, 3 – dźwignie, 4 – lina,
5 – cylinder pneumatyczny [4, s. 145]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W najniŜszej części garu znajduje się otwór spustowy surówki. Podczas pracy pieca

między kolejnymi spustami otwór jest szczelnie i mocno zabity masą ogniotrwałą. Przebijanie
otworów  spustowych  w  celu  odprowadzenia  surówki,  odbywa  się  za  pomocą  przebijarek
pneumatycznych  lub  wiertarek  elektrycznych  (rys.  21).  Do  wypełnienia  otworu  spustowego
masą  ogniotrwałą  stosuje  się  zatykarki  tłokowe.  Do  cylindra  zatykarki  wprowadza  się  masę
ogniotrwałą, która za pomocą tłoka wyciskana jest do otworu spustowego.

Rys. 21. Wiertarka do otworu spustowego, 1 – wiertarka, 2 – wiertło, 3 – wózek, 4 – wspornik,

5 – konstrukcja nośna, 6 –śruba do regulowania wysokości zawieszenia [4, s. 142]

Pod otworami spustowymi znajdują się koryta którymi surówka oraz ŜuŜel spływają do

kadzi (rys.24).

RozróŜnia się trzy grupy kadzi surówkowych:

—

kadzie kształtu gruszkowego,

—

kadzie stoŜkowe,

—

kadzie mieszalnikowe.
Do odprowadzaniu gazu z gardzieli wielkiego pieca stosuje się przewody rurowe (rys.

23) w liczbie 2–4. Przewodami gaz jest odprowadzany do filtrów odpylających.
W najwyŜszym połoŜeniu przewodów gardzielowych, nad piecem, umieszczone są zawory
ś

wiecowe (rys.22). SłuŜą one do wypuszczania gazów ( w sytuacjach przymusowych ) do

atmosfery

Rys. 22. Zawór wypustowy [4, s. 123]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat wielkiego pieca oraz układów załadowczych, podgrzewania dmuchu, odbioru
i oczyszczania gazu przedstawia rysunek 25.

Rys. 25. Wydział wielkich pieców [2]

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie strefy moŜna wyróŜnić w wielkim piecu?

Jakie materiały ogniotrwałe stosuje się na obmurze wielkiego pieca?

Jakie urządzenia stosuje się do chłodzenia pieca?

Jak przeprowadza się załadunek materiałów wsadowych do wielkiego pieca?

Jakie urządzenia stosuje się do nagrzewania dmuchu?

Gdzie znajdują się otwory spustowe surówki i ŜuŜla?

Jak zatyka się otwory spustowe surówki i ŜuŜla?

Jakie urządzenia stosuje się do odbioru ŜuŜla i surówki?

Jakie urządzenia stosuje się do oczyszczania gazu wielkopiecowego?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Na schemacie profilu wielkiego pieca zaznacz charakterystyczne strefy, rozmieszczenie

otworów spustowych surówki i ŜuŜla oraz doprowadzenia dmuchu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące budowy wielkiego pieca,

zaznaczyć na schemacie poszczególne strefy wielkiego pieca,

zaznaczyć strefy w których znajdują się otwory spustowe surówki i ŜuŜla oraz
doprowadzenie dmuchu,

zaprezentować wynik ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

rysunek profilu wielkiego pieca,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Na podstawie schematu wyjaśnij budowę wielkiego pieca.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat wielkiego pieca,

dokonać analizy rysunku,

rozróŜnić i scharakteryzować zespół chłodzenia i doprowadzenia dmuchu,

rozróŜnić i scharakteryzować urządzenia zasypowe i zespół urządzeń podających
materiały wsadowe,

rozróŜnić i scharakteryzować elementy słuŜące do spustu surówki i ŜuŜla,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Schemat do ćwiczenia 2

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

rysunek profilu wielkiego pieca,

−

model wielkiego pieca,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 3

Odczytaj za pomocą przyrządów pomiarowych ciśnienie i temperaturę.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące przyrządów do pomiaru
ciśnienia i temperatury,

odczytać ciśnienie za pomocą manometru,

odczytać temperaturę za pomocą termometrów,

stosować zasady bhp,

zaprezentować wynik ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

przyrządy do pomiaru ciśnienia i temperatury,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 4

Scharakteryzuj metody pomiaru schodzenia wsadu wielkopiecowego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące pomiaru schodzenia wsadu
wielkopiecowego,

opisać stosowane metody pomiaru schodzenia wsadu,

zaprezentować wynik ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

wykresy schodzenia wsadu,

−

instrukcje stanowiskowe,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

scharakteryzować strefy wielkiego pieca?

określić kształt poszczególnych stref?

rozróŜnić materiały ogniotrwałe stosowane na obmurze wielkiego
pieca?

wyjaśnić sposoby załadunku materiałów wsadowych do wielkiego
pieca?

rozróŜnić urządzenia do chłodzenia wielkiego pieca?

wyjaśnić sposób nagrzewania dmuchu?

rozróŜnić urządzenia stosowane do odbioru ŜuŜla i surówki?

określić sposoby odbioru i oczyszczania gazu?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Proces wielkopiecowy

4.3.1. Materiał nauczania

W procesach metalurgicznych zasadniczą rolę odgrywają reakcje utlenienia domieszek

kąpieli metalowej, reakcje zachodzące między metalem i ŜuŜlem (odsiarczenie,
odfosforowanie) oraz procesy odtleniania i odgazowania.

Reakcje metalurgiczne, zachodzące w urządzeniach hutniczych, związane są

z przemianami jednych postaci materii w inne oraz z wydzieleniem lub pochłanianiem
energii.

Reakcje, podczas których wydziela się ciepło, noszą nazwę egzotermicznych. Reakcje

związane z pochłanianiem ciepła nazywa się reakcjami endotermicznymi.

Dla zrozumienia przebiegu tych reakcji konieczna jest znajomość podstawowych pojęć

chemicznych  i  fizycznych  na  których  opiera  się  metalurgia.  Podstawowym  pojęciem
fizykochemicznym jest faza. Faza jest to jednolita część układu oddzielona od reszty układu
powierzchnią rozdziału, czyli granicą faz. Ciekły stop, np. surówka jest jedną fazą, mimo Ŝe
składa  się  z  z  szeregu  składników  chemicznych,  jak  Ŝelazo,  węgiel,  krzem,  mangan,  siarka
i fosfor. Składników tych nie moŜna jednak odróŜnić w ciekłej surówce, która jako całość ma
jednakowe  własności  fizyczne.  Natomiast  krzepnąca  surówka  nie  będzie  stanowiła  jednej
fazy.  RównieŜ  w  czasie  studzenia  będą  się  wyodrębniały  nowe  fazy  róŜniące  się
własnościami.  We  wnętrzu  pieca  metalurgicznego  mamy  zwykle  do  czynienia  z  trzema
fazami:  ciekłym  stopem,  ciekłym  ŜuŜlem  i  gazem,  które,  mimo  Ŝe  stykają  się  ze  sobą,  mają
odmienne  własności  i  stanowią  układ  niejednolity.  Układ  jest  to  ciało  lub  zespół  ciał
wyodrębnionych  z  otoczenia.  Układ  ma  zazwyczaj  rzeczywiste  powierzchnie  graniczne.
Układ  złoŜony  z  jednej  tylko  fazy  nazywa  się  jednorodnym  lub  homogenicznym.  Układ
wielofazowy  nazywa  się  heterogenicznym.  Przemiany  fazowe  są  to  procesy  polegające  na
przemianie  jednej  fazy  w  drugą  bez  przemian  chemicznych.  Na  przykład  ciekły  metal
krzepnąc  zmienia  swój  stan  skupienia  z  ciekłego  na  stały.  Krzepnięcie  jest  więc  przemianą
fazową,  tak  samo  jak  topnienie  czy  parowanie.  Składniki  stopów  metali  mogą  tworzyć  ze
sobą  roztwory  lub  mieszaniny.  Roztworem  nazywamy  jednorodną  mieszaninę  dwóch  lub
więcej  substancji,  zwanych  składnikami  roztworu.  Substancje  tworzące  roztwór  tracą  swą
odrębność, tak Ŝe roztwór stanowi jedną fazę, jak na przykład węgiel rozpuszczony w Ŝelazie.
JeŜeli  dwie  substancje  nie  rozpuszczają  się  w  sobie,  a  więc  składniki  zachowują  swoją
odrębność  i  tworzą  dwie  lub  więcej  faz,  to  tworzą  one  mieszaninę.  Roztwory  i  mieszaniny
złoŜone z metali lub z metali i niemetali oraz fazy międzymetaliczne składają się na strukturę
stopów.  Stopy  metali  otrzymuje  się  przewaŜnie  na  drodze  ogniowej  przez  stopienie
składników. Tworzenie się stopu moŜna przedstawić za pomocą wykresów równowagi, które
przedstawiają  wszystkie  przemiany  fazowe  w  funkcji  temperatury  i  stęŜenia  składników
stopu. Wykresy równowagi (rys. 26) wyjaśniają przemiany w stanie ciekłym, zmiany stanów
skupienia (krzepnięcie, topnienie) oraz przemiany w stanie stałym (zmiany rozpuszczalności,
przemiany alotropowe i inne).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 26.

Układ równowagi [3, str.227]

Bardzo waŜnym zjawiskiem w procesach metalurgicznych jest dyfuzja. Dyfuzją

nazywamy przenoszenie się cząsteczek lub atomów określonej substancji z jednego obszaru,
w którym jest jej więcej, do innego, w którym jej stęŜenie jest mniejsze. Efektem tego
procesu jest wyrównywanie stęŜeń. Szybkość dyfuzji moŜna przyspieszyć przez mieszanie
oraz wzrost temperatury.

We wszystkich procesach metalurgicznych powstaje ŜuŜel przez stapianie części

wykładziny  pieców,  dodawanych  topników,  skał  płonnych  towarzyszących  rudzie,  popiołu
zawartego  w  koksie,  powierzchniowych  zanieczyszczeń  oraz  utlenionych  składników  wsadu
metalowego.  Znaczenie  ŜuŜla w procesach metalurgicznych jest bardzo duŜe. śuŜel podczas
wytopu powinien spełniać następujące zadania:

—

zaopatrywać kąpiel metalową w tlen potrzebny do reakcji utleniania składników metalu,

—

chronić metal przed przechodzeniem wodoru i azotu z atmosfery do metalu,

—

oczyszczać metal ze szkodliwych domieszek, zwłaszcza z fosforu i siarki.
Dla spełnienia tych zadań ŜuŜel powinien mieć odpowiedni skład chemiczny

i właściwości  fizykochemiczne.  Przez  dodawanie  do  wsadu  metalowego  odpowiednich
topników  i dodatków  ŜuŜlotwórczych  moŜna  kierować  powstawaniem  ŜuŜli  o  odpowiednich
własnościach  i  składzie  chemicznym.  Składnikami  ŜuŜla  są  cząsteczki  tlenków,  siarczków,
węglików i fluorków:

—

tlenki zasadowe CaO, MgO, MnO,FeO,

—

tlenki kwaśne SiO

, P

, TiO2,

—

tlenki obojętne Al

, Fe

—

siarczki CaS, MnS, Fes, MgS,

—

węgliki CaC

—

fluorki CaF

, AlF

Jeśli ŜuŜel ma przewagę tlenków kwaśnych, to naszywa się go kwaśnym, jeśli

zasadowych-zasadowym. Do najwaŜniejszych własności ŜuŜli naleŜą temperatura topnienia,
lepkość i napięcie powierzchniowe. Temperatura topnienia zaleŜy od składu chemicznego
Ŝ

uŜla i moŜe zmieniać się w granicach 1200–1600ºC i wyŜej. Lepkość ŜuŜli zaleŜy od składu

chemicznego,  struktury  i  temperatury.  śuŜle  o  małej  lepkości  zapewniają  duŜą  szybkość
przemieszczania  substancji  reagujących  i  przyspieszają  procesy  dyfuzyjne.  Ze  wzrostem
temperatury  lepkość  ŜuŜli  maleje.  Dwie  własności  chemiczne  mają  decydujący  wpływ  na
własności  i  charakter  ŜuŜli,  a  mianowicie  zasadowość  i  zdolności  utleniające.  Zasadowość
Ŝ

uŜla określa się najczęściej jako stosunek stęŜeń CaO i SiO

wyraŜonych w procentach

wagowych.

Zasadowość ŜuŜli decyduje, szczególnie w procesach stalowniczych, o ich zdolności do

usuwania z metali siarki i fosforu.

Zdolność utleniająca ŜuŜla związana jest z ilością tlenu, jaką ŜuŜel jest zdolny przenieść

do kąpieli metalowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Pierwszy ŜuŜel powstający podczas wytopu składa się z tlenków Ŝelaza, krzemu,

manganu,  wapnia  i  magnezu.  Tlenki  te  pochodzą  ze  składników  wsadu  metalicznego  oraz
wyłoŜenia  pieca.  W  dalszych  okresach  wytopu  ŜuŜel  zmienia  swój  skład  chemiczny  pod
wpływem  zmian  temperatury,  zmian  składu  kąpieli  metalowej,  rozpuszczania  topników
i Ŝelazostopów  rozpuszczania  wyłoŜenia  pieca  i  innych.  Skuteczność,  z  jaką  ŜuŜel  wypełnia
swe  zadania,  zmienia  się  wraz  z  jego  składem  chemicznym.  Powstawanie  ŜuŜli
o odpowiednich  własnościach  uzyskuje  się  przez  wprowadzanie  do  wsadu  i  dodawanie
podczas  wytopu  materiałów  ŜuŜlotwórczych  takich  jak  kamień  wapienny,  wapno  palone,
fluoryt,  boksyt,  piasek.  W  czasie  wytopu  konieczne  jest  spuszczanie  ŜuŜla  z  pieca
i wytwarzanie nowego.

W procesie wielkopiecowym zachodzi wiele opisanych procesów. Mamy doczynienia ze

zmianą stanu skupienia, przemianami fazowymi, reakcjami endo i egzotermicznymi,
powstawaniem ŜuŜla.

Materiały wsadowe załadowane do wielkiego pieca opuszczają się w dół gardzieli.

W tym czasie wsad ogrzewa się kosztem ciepła unoszących się w górę gazów. Pod względem
cieplnym wielki piec jest agregatem pracującym  na zasadzie przeciwprądu. Przeciwprądowy
kierunek  gazów  w  stosunku  do  kierunku  wsadu  sprzyja  wymianie  ciepła  i  nagrzewaniu  się
wsadu. W wyniku  wymiany  ciepła  w szybie  wielkiego pieca zachodzi odparowanie wilgoci,
rozkład  węglanów,  odgazowanie  części  lotnych  koksu.  Główne  operacje  procesu
wielkopiecowego to:

—

przygotowanie materiałów wsadowych,

—

ładowanie wsadu,

—

wytwarzanie gorącego dmuchu,

—

proces wielkopiecowy,

—

spust,

—

przetwarzanie ŜuŜla,

—

oczyszczanie gazu.

Rys. 27.

Schemat wymiany cieplnej w wielkim piecu i stref procesów fizykochemicznych na
poszczególnych poziomach [3, s. 103]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Procesy zachodzące w wielkim piecu podczas wytapiania surowca moŜna podzielić na

chemiczne i fizyczne. Procesy zachodzące w wielkim piecu podzielono na następujące grupy:

—

procesy wstępne obejmujące odparowanie wilgoci, wydzielanie wody, rozkład
węglanów, usuwanie części lotnych z koksu,

—

redukcja tlenków Ŝelaza,

—

nawęglanie Ŝelaza,

—

tworzenie się ŜuŜla,

—

redukcja pozostałych składników surówki,

—

odsiarczanie,

—

procesy spalania paliw.
Głównym procesem chemicznym jest redukcja tlenków Ŝelaza za pomocą tlenku węgla

lub  węgla.  Oprócz  redukcji  Ŝelaza  w  wielkim  piecu  zachodzi  wiele  innych  istotnych  dla
procesu  reakcji.  Przykładem  mogą  być  reakcje  między  węglem  i  tlenem,  zawartym
w powietrzu doprowadzonym do wielkiego pieca, oraz reakcja nawęglania Ŝelaza. Procesom
chemicznym towarzyszą procesy fizyczne, jak parowanie wilgoci, topnienie Ŝelaza, topnienie
skały  płonnej.  Z  pewnym  przybliŜeniem  procesy  w  wielkim  piecu  moŜna  scharakteryzować
za  pomocą  następujących  reakcji,  które  po  nagrzaniu  rudy  do  odpowiednio  wysokiej
temperatury rozpoczynają się w górnej części pieca.

3Fe

+ CO = 2Fe

+ CO

reakcja egzotermiczna

+ CO = 3FeO + CO

reakcja endotermiczna

FeO + CO = Fe + CO

reakcja egzotermiczna

W górnej części pieca reakcje przebiegają przy udziale tlenku węgla. Nazywamy je

redukcją pośrednią. Początek redukcji rud łatwo redukcyjnych zachodzi juŜ przy
temperaturach powyŜej 200ºC, natomiast magnetyty zaczynają się redukować dopiero przy
temperaturach powyŜej 400ºC. Tlenek węgla potrzebny do redukcji rudy powstaje w wyniku
spalania węgla w górnej części garu i dolnej części spadku. Przestrzeń ta nazywa się komorą
spalania. Podczas spalania węgla zachodzą reakcje.

C + O

= CO

+ C = 2CO

Część rudy nie zdąŜy się zredukować w górnej części pieca. W miarę przesuwania się

w dół dochodzi ona w pobliŜe dysz i tu redukuje się bezpośrednio węglem według reakcji.

FeO + C = Fe + CO

Poza redukcją tlenków Ŝelaza w wielkim piecu przebiega równieŜ redukcja tlenków

innych pierwiastków wchodzących w skład surówki. Redukcji ulegają tlenki manganu,
krzemu oraz fosforu.

Ponadto następuje jeszcze w piecu nawęglanie Ŝelaza według reakcji,

3 Fe + 2 CO = Fe

C + CO

oraz rozpuszczanie w nim krzemu, manganu, fosforu i siarki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Odtlenianie krzemionki przebiega zgodnie z reakcją.

SiO

+ 2C = Si + 2CO

Reakcja ta wymaga duŜych ilości ciepła i zachodzi w wysokich temperaturach. Przy

produkcji surówek odlewniczych o podwyŜszonej zawartości krzemu, z uwagi na
endotermiczny charakter reakcji, zuŜycie koksu jest większe.

Redukcja tlenków manganu wyŜszego rzędu(Mn

, Mn

do MnO) przebiegają

w szybie wielkiego pieca w temperaturach powyŜej 200ºC. Reakcja końcowego etapu
redukcji MnO do metalicznego manganu przebiega w spadzie i w garze na drodze reakcji
redukcji bezpośredniej za pomocą węgla.

MnO + C = Mn + CO

Tlenek fosforu redukuje się przy temperaturach 1200÷1500ºC według reakcji.

+ 5C = 2P + 5CO

Siarka w surówce występuje w postaci siarczku Ŝelaza FeS, z którego w warunkach

procesu wielkopiecowego naleŜy ją przeprowadzić w związki nierozpuszczalne w surówce,
a rozpuszczalne w ŜuŜlu. Związkiem takim jest siarczek wapnia CaS. Zasadnicza reakcja
odsiarczania przebiega następująco.

FeS + CaO = FeO + CaS

Reakcja ta przebiega juŜ w spadzie wielkiego pieca, a powstały w jej wyniku tlenek FeO

redukuje się węglem koksu. Sumaryczny efekt obu tych reakcji jest silnie endotermiczny,
toteŜ dla przyspieszenia ich przebiegu niezbędne są duŜe ilości ciepła oraz zasadowy ŜuŜel.

Rys. 28. Schemat reakcji wielkopiecowych [2]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Obserwacja wzrokowa strumienia surówki w czasie spustu moŜe posłuŜyć do

przybliŜonej oceny jej składu chemicznego.

Zawartość krzemu w ciekłej surówce określa się na podstawie obserwacji iskrzenia

surówki.  Z  płynącej  strugi  surówki  o  małej  zawartości  krzemu  wypryskują  cienkie  i  krótkie
iskry,  nie  rozpryskujące  się  w  gwiazdki.  W  miarę  wzrostu  zawartości  Si  iskry  są  częstsze
i rozpryskują się. Surówka o zawartości 1% Si iskrzy się do wysokości około 500 mm. Przy
dalszym  wzroście  zawartości  Si  w  surówce  zaczyna  się  powolny  zanik  iskier.  Surówka
o zawartości 2% Si w ogóle nie iskrzy.

Zawartość siarki w surówce powoduje jej zgęstnienie. Surówka o zawartości do 0,05% S

jest rzadkopłynna i ma czystą powierzchnię. Przy zawartości powyŜej 0,08% S pojawiają się
na powierzchni surówki koŜuchy, a przy zawartości 0,1% S całą powierzchnię pokrywa
koŜuch. Przy zawartości 0,2% S surówka jest bardzo gęsta, płynie z trudnością i oblepia
koryto grubym narostem.

Zawartość manganu w surówce ocenia się na podstawie obserwacji płomienia o barwie

fioletowoniebieskiej,  ukazującego  się  nad  strugą  surówki.  Surówka  do  1%  Mn  nie  ma
płomienia, przy zawartości Mn 1–1,5% płomień jest juŜ wyraźny, a przy  zawartości Mn 2%
płomień  sięga  juŜ  500  mm.  Nad  strugą  surówki  zwierciadlistej,  zawierającej  12%  Mn
wysokość płomienia sięga 1m.

Bardzo waŜną rolę w procesie otrzymywania surówki odgrywa ŜuŜel wielkopiecowy.

Podczas pracy wielkiego pieca powstają kolejno dwa gatunki ŜuŜla:

—

uŜel pierwotny, początkowo gęsty i ciągliwy, zawierający głównie tlenki krzemu,

aluminium i Ŝelaza, w miarę wzrostu temperatury rozpuszczający w sobie tlenki wapnia
i magnezu,

—

uŜel końcowy zwany takŜe ŜuŜlem dolnym lub spustowym,

Zadaniem ŜuŜli wielkopiecowych jest usunięcie zanieczyszczeń wchodzących w skład

rud  Ŝelaza  oraz  odsiarczenie  stali.  Im  więcej  CaO  w  ŜuŜlu  oraz  im  wyŜsza  jest  temperatura,
tym  większa  jest  moŜliwość  przejścia  siarki  do  ŜuŜla.  Aby  ŜuŜel  mógł  właściwie  spełniać
swoją  rolę  konieczny  jest  jego  odpowiedni  skład  chemiczny,  temperatura  topnienia,  lepkość
oraz napięcie powierzchniowe. Zasadowość ŜuŜla ocenia się próbą spływania ŜuŜla po pręcie.
ś

uŜel zasadowy ścieka po pręcie oddzielonymi kroplami i taki ŜuŜel nazywa się krótki. śuŜle

kwaśne ciągną się grubymi nićmi i taki ŜuŜel nazywa się długim. Skład ŜuŜli moŜna równieŜ
określić  na  podstawie  ich  barwy.  śuŜle  zmielone  na  proszek  mają  charakterystyczne  barwy,
które  zaleŜą  od  składu  ŜuŜla.  Początkowe  ŜuŜle  kwaśne  mogą  być  jasnoszare,  ciemnoszare
i czarne.  Ze  wzrostem  zasadowości  i  zawartości  tlenków  Ŝelaza  barwa  ŜuŜli  zmienia  się  od
jasnobrązowej  lub  Ŝółtobrązowej  do  ciemnobrązowej  i  czekoladowej.  Temperaturę  ŜuŜla
moŜna  ocenić  na  podstawie  jasności  strugi  ŜuŜla  i  ilości  wydzielających  się  gazów.  Im
cieplejszy jest ŜuŜel, tym jest on jaśniejszy, a ilość oparów większa. śuŜel zimny jest czarny
z widocznymi  iskrami  wypryskującymi  ze  strugi.  Pomiar  lepkości  ŜuŜli  przeprowadza  się
okresowo w laboratoriach. Do oznaczania lepkości słuŜą lepkościomierze lub wiskozymetry.

Proces wielkopiecowy jest ciągły i nie przerywa się go przez wiele lat. W nowoczesnych

wielkich piecach spust odbywa się co 4 – 6 godzin. W takich odstępach czasu otrzymuje się
większe  ilości  surówki,  która  nie  moŜe  być  od  razu  przerobiona  w  stalowni,  poniewaŜ  rytm
produkcji  stali  jest  inny.  Z  tego  powodu  w  niektórych  hutach  surówkę  przeróbczą  zlewa  się
do  ogromnych  zbiorników,  o  pojemności  do  2000  ton  zwanych  mieszalnikami  (rys.  29).
Niektóre  z  nich  ogrzewa  się  gazem  czadnicowym  lub  wielkopiecowym.  Mieszalnik  ma  za
zadanie nie tylko przechowywanie surówki przez czas dłuŜszy w stanie ciekłym, lecz równieŜ
ujednolicenie składu chemicznego kolejnych partii pochodzących róŜnych spustów lub nawet
z  róŜnych  wielkich  pieców.  W  mieszalniku  odbywa  się  jeszcze  jeden  waŜny  proces,
a  mianowicie  częściowe  odsiarczenie  metalu.  Zawarty  w  surówce  siarczek  Ŝelaza  reaguje
z manganem, który znajduje się zwykle w niewielkich ilościach w wytopionej surówce.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Z materiałów wsadowych w wyniku procesów wielkopiecowych otrzymuje się oprócz

surówki ŜuŜel wielkopiecowy oraz gazy wielkopiecowe.

Rys. 29. Przekrój poprzeczny mieszalnika: 1 – kadź wlewająca surówkę do mieszalnika,

2 – ciekła surówka, 3 – mieszalnik w połoŜeniu stałym, 4 – mieszalnik
przechylony, 5 – urządzenie do przechylania mieszalnika, 6 – kadź zapełniona
ciekłą surówką [2]

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie reakcje nazywamy egzotermicznymi?

Jakie reakcje nazywamy endotermicznymi?

Co to jest faza?

Co to jest dyfuzja?

Jakie zadania spełnia ŜuŜel?

Jak określa się zasadowość ŜuŜli?

Jakie reakcje chemiczne zachodzą w wielkim piecu?

Jaki jest rozkład temperatur w wielkim piecu?

Jak przebiega redukcja tlenków Ŝelaza?

10.

Jak przebiegają reakcje redukcji krzemu, manganu, siarki i fosforu?

11.

Jakie procesy fizyczne zachodzą w wielkim piecu?

12.

Jak moŜna określić zawartość krzemu w surówce wielkopiecowej?

13.

Jak moŜna określić zawartość siarki surówce wielkopiecowej?

14.

Jak moŜna określić zawartość manganu w surówce wielkopiecowej?

15.

Jak moŜna określić temperaturę ŜuŜla?

16.

Gdzie przechowuje się surówkę wielkopiecową przeznaczoną do dalszego przerobu?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Na podstawie obserwacji ciekłej surówki oceń przybliŜoną zawartość krzemu.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące oceny składu chemicznego
surówki,

obserwować iskrzenie ciekłej surówki,

zastosować zasady bhp,

opisać sposób iskrzenia i podać przybliŜoną zawartość krzemu w surówce.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

wielki piec,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Na podstawie obserwacji ciekłej surówki oceń przybliŜoną zawartość manganu.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące oceny składu chemicznego
surówki,

obserwować płomień nad ciekłą surówką,

stosować zasady bhp,

opisać jakość płomienia i podać przybliŜoną zawartość manganu w surówce,

zaprezentować wynik ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

wielki piec,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 3

Na podstawie schematu przeanalizuj rozkład temperatury i reakcje zachodzące

w poszczególnych strefach wielkiego pieca.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat do ćwiczenia 3

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące wymiany cieplnej
w wielkim piecu i procesów fizykochemicznych na poszczególnych jego poziomach,

przeanalizować rozkład temperatur w wielkim piecu,

określić reakcje chemiczne zachodzące w kolejnych strefach wielkiego pieca,

przeanalizować temperaturę procesów fizykochemicznych zachodzących w wielkim
piecu,

zaprezentować wynik ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

rysunek profilu wielkiego pieca,

−

model wielkiego pieca,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

wyjaśnić fizykochemiczne podstawy procesu wielkopiecowego

rozróŜnić zjawiska fizyczne zachodzące w wielkim piecu?

wyjaśnić przebieg reakcji redukcji tlenków Ŝelaza?

wyjaśnić przebieg reakcji redukcji krzemu, manganu, siarki i fosforu?

określić rozkład temperatur w wielkim piecu?

określić zawartość krzemu w surówce?

określić zawartość siarki w surówce?

określić zawartość manganu w surówce?

określić charakter chemiczny ŜuŜla?

10)

określić temperaturę ŜuŜla?

11)

scharakteryzować urządzenia do przechowywania ciekłej surówki?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Produkty wielkiego pieca

4.4.1. Materiał nauczania

Głównym produktem procesu wielkopiecowego są surówki. Ze względu na

przeznaczenie surówki  moŜna podzielić na przeróbcze, odlewnicze i zwierciadliste. Surówki
przeróbcze(martenowskie,  besemerowskie,  tomasowskie)  wytapia  się  przy  temperaturze
dmuchu  1100–1200ºC  i  zasadowości  ŜuŜla  1,1–1,15.  Zawartość  węgla  w  surówkach
przeróbczych  wynosi  4,0–4,2%,  krzemu  0,6–0,9%,  fosforu  0,2–0,4%,  siarki  0,002–0,04%,
a manganu 0,4–1,0%,.Surówki przeróbcze są przerabiane w procesach hutniczych na stal.

Surówki odlewnicze są przetapiane w odlewniach Ŝeliwa. Zawartość węgla w surówkach

odlewniczych  wynosi  3,7–3,8%,  fosforu  0,1–1,0%  a  krzemu  2,0–3,6%.  Wzrost  zawartości
fosforu  powoduje  rzadkopłynność  Ŝeliwa,  a  wzrost  zawartości  krzemu  sprzyja  jego
grafityzacji.  Krzem  zmniejsza  równieŜ  skurcz  odlewniczy.  Surówki  odlewnicze  wytapia  się
w temperaturach  wyŜszych  od  temperatur  wytopu  surówek  przeróbczych.  Surówki
zwierciadliste  wykazują  zwiększoną  ilość  węgla  i  manganu.  Zawartość  węgla  wynosi
5,0–5,5%, natomiast zawartość manganu waha się w granicach od 6 do 24%.

W procesach wielkopiecowych wytapia się równieŜ Ŝelazostopy, takie jak Ŝelazomangan

i Ŝelazokrzem

—

elazomangan FeMn80C05, FeMn75P15, FeMn75P25, FeMn80C15, FeMn80C10,

—

elazokrzem FeSi75Al2, FeSi75Al1,5, FeSi75Al0,7, FeSi75Al0,1,

Dodawanie Ŝelazostopów do wsadu metalowego ma na celu wprowadzenie pierwiastka

stopowego lub uzupełnienie wsadu składnikami podstawowymi.

Kolejnym produktem wielkiego pieca jest ŜuŜel wielkopiecowy. RozróŜnia się ŜuŜel

kawałkowy,  granulowany,  pienisty  i  wełnę  ŜuŜlową  śuŜel  kawałkowy  otrzymuje  się  przez
wylewanie  go  do  duŜych  płaskich  dołów  znajdujących  się  w  pobliŜu  pieców  i  polewanie
wodą jeszcze wstanie gorącym. śuŜel kawałkowy stosuje się między innymi w budownictwie
dróg,  na  podłoŜa  pod  tory  kolejowe,  jako  kruszywo  do  wyrobu  betonów,  na  podsadzkę
w wyrobiskach górniczych.

uŜel granulowany (rys. 30) otrzymuje się bezpośrednio przy wielkim piecu na rynnie

spustowej, przez wylewanie ciekłego ŜuŜla do zbiorników zawierających wodę lub
w młynach granulacyjnych. Stosowany jest do produkcji cementu hutniczego, cegieł
Ŝ

uŜlowych zapraw murarskich oraz w kopalniach węgla jako podsadzka do wypełniania

starych wyrobisk.

Rys. 30. Urządzenie granulacyjne bębnowe [4, s. 103]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

uŜel pienisty, zwany teŜ pumeksem hutniczym, otrzymuje się przez chłodzenie ciekłego

uŜla małą ilością wody, która parując tworzy pianę ŜuŜlową (rys. 31). Do produkcji ŜuŜla

nadają  się  ŜuŜle  słabo  kwaśne.  Do  produkcji  pumeksu  stosuje  się  koryta  Schola,  urządzenia
Vorbercka  i  koła  spieniające.  W  urządzeniach  Vorbercka  przez  dziurawą  płytę  wytryska
woda, na którą wylewa się ŜuŜel.

Rys. 31. Urządzenie do wytwarzania pumeksu: 1 – kadź ŜuŜlowa, 2 – zbiornik, 3 – misa

spieniająca, 4 – dysze, 5 – czerpak suwnicy [4, s. 103]

Pumeks hutniczy moŜna stosować jako izolację cieplną i akustyczną.
Wełna ŜuŜlowa otrzymywana jest przez rozdmuchiwanie ciekłego ŜuŜla strumieniem

spręŜonego powietrza lub pary wodnej. UŜywana jest głównie do izolacji cieplnej
i akustycznej.

W wyniku reakcji spalania powstaje w wielkim piecu gaz wielkopiecowy. W skład

gazów wielkopiecowych wchodzi azot, tlenek węgla, dwutlenek węgla, wodór oraz znaczne
ilości pyłu. W oddziałach oczyszczania gazu wielkopiecowego wyróŜnia się trzy stopnie
oczyszczania (rys. 32):

—

oczyszczanie wstępne w filtrach odpylających statycznych i cyklonach,

—

oczyszczanie pośrednie w płuczkach,

—

oczyszczanie mechaniczne lub elektryczne.
Oczyszczanie gazu w filtrze odpylającym statycznym następuje przez wytrącenie pyłów

na skutek zmian prędkości i kierunku przepływu gazu.

Filtry odpylające odśrodkowe (cyklony) wykonane są w postaci zbiornika

cylindrycznego.  Gaz  wprowadzany  jest  do  filtru  stycznie  do  walcowej  jego  części,  przez  co
uzyskujemy  ruch  wirowy  gazu.  Powstanie  ruchu  wirowego  powoduje  przemieszczanie  się
cząstek  pyłu  ku  ścianom  pod  wpływem  działania  wytworzonej  siły  odśrodkowej.  Wewnątrz
na ścianach umieszczone są pionowe listwy lub kątowniki ułatwiające zsuwanie się pyłu.

W płuczkach gaz doprowadzany jest od dołu i przepływając ku górze ulega zraszaniu

wodą spływającą ku dołowi. Pod wpływem zraszania cząstki pyłu ulegają koagulacji i zostają
wytrącone z gazu.

W filtrach mechanicznych zanieczyszczenia osadzają się na tkaninach filtrujących.

Elektrofiltry oczyszczają gaz na zasadzie zjawiska jonizacji gazów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 32. Filtr odpylający: a) statyczny, b) cyklonowy [4, s. 127]

Gaz wielkopiecowy po oczyszczeniu w urządzeniach odpylających ( odpylniki, płuczki

wodne), jest wykorzystywany w gospodarce energetycznej hut.

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie surówki produkuje się w procesach wielkopiecowych?

Jakie jest zastosowanie surówek przeróbczych?

Jakie jest zastosowanie surówek odlewniczych?

Jakie jest zastosowanie Ŝelazostopów?

Jakie rodzaje ŜuŜli otrzymuje się w procesach wielkopiecowych?

Jak otrzymuje się ŜuŜel kawałkowy?

Jak otrzymuje się ŜuŜel granulowany?

Jak otrzymuje się ŜuŜel pienisty?

Jakie jest zastosowanie ŜuŜli wielkopiecowych?

10.

Jakie urządzenia odpylające stosuje się w procesie wielkopiecowym?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Scharakteryzuj wskazane przez nauczyciela ŜuŜle wielkopiecowe.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące ŜuŜli wielkopiecowych,

rozpoznać poszczególne rodzaje ŜuŜli,

zapisać nazwy rozpoznanych ŜuŜli i ich krótką charakterystykę,

zaprezentować wynik ćwiczenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

próbki ŜuŜli wielkopiecowych,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Na podstawie Polskich Norm wypisz przykłady oznaczeń wskazanych przez nauczyciela

surówek przeróbczych, odlewniczych i zwierciadlistych oraz Ŝelazostopów.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w PN oznaczenia wskazanych przez nauczyciela surówek i Ŝelazostopów,

zapisać oznaczenia i zawartość podstawowych pierwiastków dla wybranych surówek
i Ŝelazostopów,

porównać skład chemiczny surówek przeróbczych, odlewniczych i zwierciadlistych
oraz Ŝelazostopów,

zaprezentować wynik ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

Polskie Normy,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 3

Scharakteryzuj sposób otrzymywania i zastosowanie ŜuŜli wielkopiecowych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące ŜuŜli wielkopiecowych,

scharakteryzować proces otrzymywania i zastosowanie ŜuŜli kawałkowych,

scharakteryzować proces otrzymywania i zastosowanie ŜuŜli granulowanych,

scharakteryzować proces otrzymywania i zastosowanie ŜuŜli pienistych,

scharakteryzować proces otrzymywania i zastosowanie wełny ŜuŜlowej,

zaprezentować wynik ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

próbki ŜuŜli wielkopiecowych,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

określić rodzaje surówek wielkopiecowych?

określić zastosowanie surówek przeróbczych?

określić zastosowanie surówek odlewniczych?

określić zastosowanie surówek zwierciadlistych i Ŝelazostopów?

scharakteryzować

rodzaje

sposoby

otrzymywania

uŜli

wielkopiecowych?

określić zastosowanie ŜuŜli wielkopiecowych?

scharakteryzować sposoby otrzymywania ŜuŜli wielkopiecowych?

scharakteryzować gazy wchodzące w skład gazów wielkopiecowych?

scharakteryzować sposoby odpylania gazów wielkopiecowych?

10)

scharakteryzować zastosowanie gazów wielkopiecowych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5. Praca przy wielkim piecu

4.5.1. Materiał nauczania

Pracę przy garze wielkiego pieca moŜna podzielić na następujące czynności:

—

obserwacja stanu urządzeń chłodniczych i wymiana przepalonych części urządzeń,

—

nadzór nad ŜuŜlówką i otworem spustowym do surówki,

—

przygotowanie do spustu surówki i ŜuŜla oraz dokonywanie spustów.
Jedną z przyczyn przepalania dysz, chłodnic i innych urządzeń chłodniczych wielkiego

pieca  mogą  być  przerwy  w  dopływie  wody  chłodzącej.  W  celu  zapewnienia  właściwego
chłodzenia nieodzowna jest kontrola ciśnienia wody w sieci wodnej zaopatrującej wielki piec
w  wodę  chłodzącą.  Inną  przyczyną  moŜe  być  zanieczyszczona  lub  zbyt  twarda  woda.
Przepalenie  dysz  moŜe  być  powodowane  równieŜ  opóźnieniami  w  dokonywaniu  spustów
surówki  i  ŜuŜla  oraz  powstawaniem  zawieszeń.  Stan  techniczny  dysz  określić  moŜna
obserwując je przez wzierniki. Silnie przepaloną dyszę moŜna rozpoznać podczas biegu pieca,
gdyŜ w odróŜnieniu od pozostałych dysz, których wyloty świecą jaskrawo, przepalona dysza
ś

wieci Ŝółto lub czerwono, a czasem ciemnieje. Dysze powinno się obserwować szczególnie

dokładnie  podczas  spustu  surówki.  Naprzeciw  przepalonej  dyszy  pojawiają  się  ciemne
kawałki  koksu,  w  które  czasami  uderzają  cienkie  struŜki  wody,  względnie  w  dyszy  pojawia
się  ciemny  obłoczek  pary.  Przepalone  dysze  naleŜy  natychmiast  wymienić,  poniewaŜ  woda
dostająca się do garu wielkiego pieca chłodzi go i moŜe powodować zaburzenia pracy.

Obsługa pieca prowadzi równieŜ obserwację wody chłodzącej odpływającej z chłodnic,

czy  nie  ma  ona  podwyŜszonej  temperatury  i  czy  jej  wypływ  jest  równomierny.  Przepaloną
chłodnicę  moŜna  rozpoznać  przez  tłoczenie  do  niej  wody  pod  wysokim  ciśnieniem  lub
wydobywaniu się z niej gazu wielkopiecowego.

Otwieranie i zamykanie otworu spustowego surówki i ŜuŜla jest najczęściej w pełni

zmechanizowane.  Otwieranie  otworu  spustowego  surówki  następuje  przez  przewiercenie
masy  wypełniającej  otwór  i  przepalenie  tlenem  surówki  zakrzepłej  w  końcu  otworu.
Wiertarka  podwieszona  na  kolumnie  podszybowej,  jest  wyposaŜona  w  trzy  podstawowe
mechanizmy obrotu, posuwu i wiercenia. Zamknięcie otworu spustowego po spuście odbywa
się przez wciśnięcie do otworu masy ogniotrwałej. Przed spustem surówki naleŜy sprawdzić
wilgotność masy w otworze spustowym.

Między dwoma spustami surówki spuszcza się ŜuŜel dwa do trzech razy. Zatykarka

otworu ŜuŜlowego składa się z systemu dźwigni połączonych przegubowo i uruchamianych
przez cylinder pneumatyczny.

PoniewaŜ przedłuŜenie okresu czasu między dwoma spustami grozi przepaleniem dysz

oraz innymi uszkodzeniami naleŜy skrupulatnie przestrzegać ustalonego harmonogramu
spustu ŜuŜla i surówki. KaŜdy spust poprzedzają następujące prace przygotowawcze:

—

załoŜenie futerału osłaniającego ramę otworu spustowego,

—

wyłoŜenie gliną rynny spustowej surówki,

—

oczyszczenie kanałów spustowych po poprzednim spuście,

—

załoŜenie syfonu i przewału,

—

wyprawa wylotów rynien spustowych surówki i ŜuŜla,

—

załadowanie świeŜej masy spustowej do zatykarki.
Po zakończeniu wszystkich prac przygotowawczych oraz podstawieniu kadzi do surówki

i  ŜuŜla  pod  wylotami  kanałów  moŜna  przystąpić  do  otwarcia  otworu  spustowego.  Podczas
spustu  surówki  naleŜy  obserwować  jej  strumień.  W  przypadku  zatkania  otworu  spustowego
kawałkami  koksu  naleŜy  go  przeczyścić  za  pomocą  specjalnego  pręta  stalowego.  W  czasie
spustu  robotnicy  kierują  strumieniem  surówki  i  ŜuŜla,  pobierają  próby,  obserwują  dysze,
kontrolują  ciśnienie  powietrza.  Po  zakończonym  spuście  otwór  spustowy  nie  jest  od  razu

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zamykany. Przez pewien czas wydobywają się z niego gorące gazy. Po spuście otwór
spustowy czasami przedmuchuje się dla pozbycia się z garu miału koksowego.

Spust ŜuŜla w porównaniu ze spustem surówki jest operacją mniej skomplikowaną. Przed

spustem ŜuŜla rynny spustowe i kanały muszą być oczyszczone z zastygłego ŜuŜla. W pobliŜu
Ŝ

uŜlówki naleŜy przygotować wszystkie narzędzia potrzebne do sprawnego przeprowadzenia

spustu. W czasie spustu powinny być pobierane próby ŜuŜla. W czasie spustu naleŜy zwracać
szczególną uwagę na odpowiednie wysuszenie i podgrzanie kadzi przed spustem. Spust
płynnej surówki lub ŜuŜla do zimnej lub wilgotnej kadzi grozi wybuchem.
Podczas pracy wielkiego pieca moŜna zaobserwować następujące zaburzenia:

—

oziębienie,

—

przegrzanie,

—

zawieszenie wsadu.
Pierwszymi oznakami oziębienia wielkiego pieca są ciemne kawałki materiałów

wsadowych  na  jasnym  tle  wylotów  dysz,  ciemniejące  dysze,  ciemny  ŜuŜel.  Przyczyną
oziębienia  biegu  wielkiego  pieca  moŜe  być  nieprawidłowy  rozkład  materiałów  wsadowych,
pogorszenie jakości paliwa, nadmierne powiększenie naboju rudy, zawieszenia wsadu, woda
w  garze  wielkiego  pieca,  gwałtowne  obniŜenie,  temperatury  powietrza.  W  celu  likwidacji
oziębienia pieca i przywrócenia normalnej pracy moŜna zmniejszyć ilość rudy we wsadzie lub
załadować  kilka  nabojów  samego  koksu.  Kolejnym  sposobem  zmierzającym  do  likwidacji
oziębienia  pieca  jest  podwyŜszenie  temperatury  oraz  zmniejszenie  ilości  wdmuchiwanego
powietrza.

Oznaką nadmiernego przegrzania wielkiego pieca są przyklejone blaszki grafitu na

powierzchni płynącej surówki. W celu likwidacji przegrzania pieca moŜna zwiększyć ilość
wprowadzonej rudy lub obniŜyć temperaturę powietrza.

Zawieszenie wsadu polega na tym, Ŝe materiały wsadowe tworzą sklepienia i nie schodzą

w  głąb  pieca.  Ze  względu  na  miejsce  powstania  narostów  zawieszenia  moŜna  podzielić  na
górne  i  dolne.  Zawieszenie  wsadu  moŜe  powstawać  na  skutek  oziębienia  pieca  lub
załadowania  paliwa  dającego  duŜe  ilości  miału.  Aby  doprowadzić  do  opuszczenia  się
zawieszonego słupa materiałów moŜna zmniejszyć ilość i ciśnienie powietrza.

Konieczność

nieprzerwalnej

pracy

wielkiego

pieca

wymaga

dokonywania

systematycznych przeglądów mechanizmów i urządzeń. Niektóre prace związane z wymianą
części  moŜna  przeprowadzić  podczas  biegu  pieca,  na  przykład  zmiana  lin  duŜych  skibów,
tarczy  odsiewków  itd.  Jednak  remont  lub  wymiana  całego  szeregu  innych  pociąga  za  sobą
konieczność  zatrzymania  mechanizmów,  a  prace  mogą  być  dokonywane  jedynie  podczas
postoju  wielkiego  pieca.  Prócz  tego,  pod  działaniem  procesów  fizykomechanicznych  lub
chemicznych,  zuŜywają  się  lub  niszczeją  róŜne  części  samego  wielkiego  pieca,  w  wyniku
czego  następuje  zakłócenie  normalnego  przebiegu  procesu  wielkopiecowego.  PowyŜsze
okoliczności  zmuszają  do  zatrzymywania  wielkiego  pieca  dla  dokonywania  prac
remontowych.

Remonty

dzielą

się,

zaleŜności

charakteru

czasu

trwania,

planowo-zapobiegawcze, średnie i kapitalne.

Remonty planowo-zapobiegawcze (bieŜące) obejmują takie prace, jak np. wymianę

chłodnicy beczkowej, kolan dyszowych, niektórych chłodnic dyszowych, poziomych chłodnic
w spadkach, wymianę małych skipów, małego dzwonu, zaworu gorącego dmuchu, przegląd
maszyny wyciągowej itp.

Remonty średnie wynikają z konieczności przeprowadzania robót większych, mających

na celu odbudowę obmurza szybu, ochronnych płyt gardzielowych, wymianę większej ilości
chłodnic szybu i pionowych płyt chłodniczych spadków, wymianę duŜego dzwonu i misy
dystrybutora załadowczego małego dzwonu, kół linowych dla duŜych skipów, kół dla

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

balansów duŜego i małego dzwonu, remont wyłoŜenia komór spalania i górnych warstw
kratownicy nagrzewnic itp.

Remonty kapitalne są zawsze związane z wydmuchaniem wielkiego pieca, to znaczy

z całkowitym usunięciem z wnętrza pieca materiałów wsadowych oraz resztek surówki, tzw.
„wilków”, pozostałych we wgłębieniach trzonu pieca. Remonty kapitalne dzielą się
zazwyczaj zaleŜnie od wielkości robót na następujące rodzaje:

—

zwykły remont kapitalny wielkiego pieca, obejmujący całkowitą wymianę ogniotrwałego
obmurza pieca oraz pancerza spadków,

—

wielki remont kapitalny – gdy oprócz wymienionych uprzednio robót następuje wymiana
poszczególnych wiązań pieca oraz wymienia się całkowicie lub częściowo, pancerz
szybu lub garu,

—

przebudowa pieca – gdy powiększa się objętość pieca, co pociąga zmianę większości
części konstrukcji metalowej pieca.

Czas trwania remontów średnich i kapitalnych jest zaleŜny od zakresu przeprowadzanych
robót oraz od objętości pieców.

Czas trwania remontów średnich z częściową wymianą obmurza szybu w dobach wynosi:

—

dla objętości do 30 m

5–8,

—

powyŜej 1000 m

12–15.

Czas trwania remontów średnich z pełną wymianą obmurza szybu w dobach wynosi:

—

dla objętości do 30 m

10–15,

—

powyŜej 1000 m

25–30.

Remont kapitalny z pełną wymianą całego obmurza pieca i usunięciem wilków wynosi
w dobach:

—

dla objętości do 30 m

30–35,

—

powyŜej 1000 m

45–50.

Wielki remont kapitalny z wymianą poszczególnych wiązań pieca wynosi w dobach:

—

dla objętości do 30 m

40–45,

—

powyŜej 1000 m

55–60.

W przypadku długich postojów naleŜy zastosować środki ułatwiające rozdmuchanie

pieca i przebicie otworu spustowego. W tym celu przed zatrzymaniem pieca naleŜy dąŜyć do
załadowania całej objętości pieca nabojami lŜejszymi, a namiar obliczyć na ŜuŜle mniej
zasadowe. Przy remontach średnich nie wydmuchuje się pieca, to znaczy, nie usuwa się
z niego całkowicie tworzyw. JednakŜe poziom ich moŜe się obniŜyć do niŜszej części szybu
lub spadków, a niekiedy nawet stosuje się wydmuchiwanie pieca do poziomu dysz. ObniŜenie
poziomu wsadu ma na celu:

—

zbadanie stanu ochronnych płyt gardzielowych i obmurza,

—

oderwanie odsłoniętych w szybie narostów,

—

remont obmurza lub wymianę ochronnych płyt gardzielowych,

—

usunięcie przepalonych chłodnic i ustawienie nowych.
We wszystkich tych przypadkach zasypuje się na powierzchnię wsadu kilka skipów rudy

i ŜuŜla wielkopiecowego aby zmniejszyć spalanie się koksu w piecu przy zetknięciu się
z powietrzem atmosfery oraz ułatwić prace remontowe.

ChociaŜ proces wielkopiecowy jest ciągły niejednokrotnie występuje potrzeba przerwania

ruchu pieca. Zatrzymanie pieca jest operacją niebezpieczną i powinno odbywać się ściśle
według ustalonej instrukcji.

Wygaszanie wielkiego pieca naleŜy tak przeprowadzać, aby nie dopuścić do

podwyŜszania się temperatury gazów. MoŜna stosować następujące metody wygaszania
wielkich pieców:

—

z zastosowaniem kamienia wapiennego,

—

z zastosowaniem drobnego koksu,

—

z doprowadzeniem wody do gardzieli.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Najczęściej stosuje się wygaszanie z doprowadzeniem wody.
Aby zapewnić naleŜyte bezpieczeństwo obsługi wielkiego pieca naleŜy bezwzględnie

przestrzegać przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy. Przy przebijaniu otworu spustowego
i otwieraniu ŜuŜlówki obsługa pieca powinna pracować w specjalnych ubraniach ochronnych,
obuwiu  ochronnym  i  okularach  z  bocznymi  ochronami,  a  w  czasie  spustu  równieŜ  siatką
ochronną. Gęsta siatka ochronna zawieszona przy kapeluszu powinna zapewnić ochronę całej
twarzy.  Rynna  przy  piecu  w  czasie  przebijania  otworu  spustowego  powinna  być  przykryta
blachą.  Narzędzia,  które  przy  pracy  będą  zanurzane  w  surówce  muszą  być  starannie
podgrzane.  Kadzie  przygotowane  do  spustu  surówki  naleŜy  wysuszyć  i  podgrzać.  Spust
surówki  do  zimnej  lub  wilgotnej  kadzi  grozi  wybuchem.  Kadzie  ŜuŜlowe  powinny  być
oczyszczone z gruzu, opryskane wapnem i wysuszone. Spękania oraz inne uszkodzenia kadzi
naleŜy  zasmarować  gliną  i  zasypać  piaskiem  lub  ŜuŜlem.  Kadzi  nie  napełniamy  całkowicie,
co pozwala na uniknięcie rozlewania gorącego materiału w czasie transportu. Transport kadzi

powinien odbywać się ze wskazaną szybkością, bez wstrząsów i szarpnięć. Przy przepalaniu
otworu spustowego tlenem naleŜy  uŜywać  rurek  odpowiedniej długości, rurki krótkie muszą
być łączone na gwint. Nie wolno łączyć rurek za pomocą węŜy gumowych. Przy przepalaniu
otworu  spustowego  względnie  ŜuŜlówki  tlenem,  butle  powinny  być  zabrane  spod  pieca  jak
tylko  pojawi  się  strumień  surówki  lub  ŜuŜla.  Dysze  i  ŜuŜlówki  moŜna  wymieniać  tylko
podczas  postoju.  O  postoju  pieca  dokonywanego  dla  wymiany  dysz  lub  innych  urządzeń
chłodzących  naleŜy  poinformować  obsługę  urządzeń  załadowczych.  Nie  naleŜy  bowiem  po
zatrzymaniu pieca załadowywać materiałów wsadowych gdyŜ grozi to wybuchem. Nie wolno
stać  naprzeciw  otworu  dyszy  przy  dokonywaniu  jej  wymiany,  gdyŜ  gwałtownie  uchodzące
z pieca  gazy,  kawałki  koksu  lub  ŜuŜla  mogą  spowodować  poparzenia.  Dla  ochrony  przed
zagazowaniem  naleŜy  często  kontrolować  szczelność  pancerza  pieca,  przewodów,  zaworów
gazowych,  palników  i  nagrzewnic.  Kontroli  dokonują  specjalni  pracownicy  wyposaŜeni
w maski  gazowe  i  aparaty  do  pomiaru  stęŜenia  tlenku  węgla.  Zabezpieczenie  miejsc  pracy
polega  na  zapewnieniu  odpowiedniego  oświetlenia,  sygnalizacji  niebezpieczeństwa  oraz
utrzymaniu porządku i czystości.

Szczegółowe zasady bezpieczeństwa i higieny pracy na wydziałach wielkopiecowych

reguluje ROZPORZĄDZENIE MINISTRA GOSPODARKI z dnia 20 września 2001 r.
w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy w hutach Ŝelaza(Dz.U.z dnia 8 października
2001 r.) W rozporządzeniu znalazły się między innymi następujące zasady bezpiecznej pracy
przy wielkim piecu:

—

w przypadku konieczności przeprowadzenia w określonym miejscu czynności mogących
stwarzać zagroŜenie dla Ŝycia i zdrowia ludzi, miejsca te powinny być ogrodzone
i oznakowane,

—

skrzyŜowania torów kolejowych, po których odbywa się transport ciekłego metalu
i ŜuŜla, w miarę technicznych moŜliwości, powinny być wyeliminowane,

—

skrzyŜowania dróg transportu kołowego z torami kolejowymi na terenie hut Ŝelaza
powinny być wyposaŜone w zapory lub sygnalizację świetlną i oznakowane według
wymagań określonych w przepisach o ruchu drogowym,

—

na terenach wydziałów produkcyjnych drogi przeznaczone dla ruchu kołowego powinny
być jednokierunkowe i oznakowane zgodnie z ogólnymi przepisami bezpieczeństwa
i higieny pracy,

—

na  przejazdach  kolejowych  powinny  być  zainstalowane  mostki  lub  tunele  dla  pieszych.
JeŜeli  zainstalowanie  tych  urządzeń  jest  niemoŜliwe  ze  względów  technicznych,
przejazdy  kolejowe  powinny  posiadać  zapory  lub  automatyczną  sygnalizację  świetlną
i akustyczną,

—

instalacje i urządzenia gazowe powinny być poddawane okresowym komisyjnym
przeglądom. Zakres i częstotliwość przeglądów określają przepisy o dozorze
technicznym,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

—

miejsca, w których mogą wystąpić zagroŜenia gazowe, w zaleŜności od stopnia
zanieczyszczenia atmosfery trującymi, palnymi lub niepalnymi gazami i parami, powinny
być podzielone na strefy zagroŜenia gazowego,

—

kanały, którymi prowadzone są instalacje gazowe, powinny być murowane,
przewietrzane i oświetlone,

—

instalacje i urządzenia gazowe powinny być wyposaŜone w instrukcje ratownictwa
gazowego na wypadek niekontrolowanego wypływu gazu,

—

pracownicy zatrudnieni przy obsłudze instalacji tlenowych powinni uŜywać
niezatłuszczonej odzieŜy bawełnianej lub wełnianej o gęstej strukturze włókien,

—

części suwnicy naraŜone na bezpośrednie działanie płomieni lub odprysków ciekłego
metalu powinny być osłonięte,

—

wyładunek wsadu z wagonów kolejowych na składowiska i załadunek tego wsadu do
wagonów samowyładowczych powinien być zmechanizowany,

—

niedopuszczalne jest przebywanie pracowników w wagonach, podczas załadunku
i wyładunku wsadu,

—

praca wywrotnicy powinna być zautomatyzowana, a urządzenia sterownicze
zabezpieczone w sposób wykluczający moŜliwość przypadkowego uruchomienia napędu.

—

podnoszenie  lub  obracanie  wagonów  na  wywrotnicy  moŜe  nastąpić  tylko  wtedy,  gdy
pracownik  obsługujący  wywrotnicę  upewni  się,  Ŝe  wagon  został  właściwie  ustawiony
i zamocowany,  a  w  wagonie,  w  jego  pobliŜu  lub  w  zasobnikach  nie  znajdują  się  inni
pracownicy,

—

podczas pracy wywrotnicy powinna być włączona sygnalizacja świetlna i akustyczna,

—

tory rozrządowe, na które kierowane są wagony z wywrotnicy, powinny być wyposaŜone
w urządzenia hamujące bieg wagonu,

—

miejsca rozładunku taśmy spiekalniczej, łamacze spieku oraz podajniki spieku
prowadzące do chłodni powinny być obudowane i wyposaŜone w urządzenia odpylające,

—

kaŜda grupa nagrzewnic powinna być obsługiwana przez co najmniej dwóch
pracowników,

—

naprawa nagrzewnicy powinna odbywać się po jej wystudzeniu do temperatury
nieprzekraczającej 40°C (313 K),

—

pomosty gardzielowe wielkich pieców, mostki i schody powinny być wykonane
z materiałów ognioodpornych i zaopatrzone w stabilne poręcze oraz w krawęŜniki
zgodnie z Polskimi Normami,

—

pomosty, schody i mostki, z wyjątkiem głównego pomostu gardzielowego, powinny być
aŜurowe,

—

przyrządy sterownicze urządzeń wielkopiecowych powinny być wyposaŜone w blokady
zabezpieczające przed przypadkowym ich uruchomieniem,

—

sterowanie urządzeniami wielkopiecowymi powinno być wykonywane centralnie,

—

baseny i instalacje do wodnej granulacji ŜuŜla ciekłego powinny być zaopatrzone
w niezbędne osłony i zabezpieczenia,

—

urządzenia wielkopiecowe powinny być wyposaŜone w sygnalizację świetlną
i akustyczną

łączącą

stanowiska

pracy

miejscami

sterowania

operacjami

produkcyjnymi,

—

pracownik uruchamia wyciąg po uprzednim otrzymaniu sygnału,

—

otwory w szybach wyciągu słuŜące do załadunku i wyładunku powinny zamykać się
automatycznie,

—

szyb wyciągu pionowego, na całej wysokości, powinien być zabezpieczony ze
wszystkich stron osłonami,

—

wyciąg skipowy powinien być osłonięty od spodu oraz z boków do wysokości co
najmniej 3 m ponad górny poziom jamy skipowej,

—

wewnątrz i na zewnątrz jamy skipowej powinna być zainstalowana sygnalizacja świetlna
i akustyczna,

—

wejście pracowników do jamy skipowej jest dopuszczalne po uprzednim
unieruchomieniu i zablokowaniu skipa oraz odsunięciu od tej jamy wagonu – wagi,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

—

wagon – waga powinien być wyposaŜony w ostrzegawczą sygnalizację świetlną
i akustyczną,

—

wyłącznik słuŜący do otwierania i zamykania klapy zasobników wagonu – wagi powinien
być osłonięty w taki sposób, aby niemoŜliwe było przypadkowe otworzenie klapy,

—

pracowników na pomosty gardzielowe wielkich pieców i nagrzewnic przewozi się
dźwigami osobowymi,

—

niedopuszczalne jest podczas pracy wielkiego pieca przeprowadzanie jakichkolwiek
napraw przy klapach eksplozyjnych,

—

pomiar poziomu wsadu w wielkim piecu powinien odbywać się za pomocą
automatycznie działających sond. Pomiar poziomu wsadu za pomocą ręcznych sond jest
dopuszczalny tylko w razie konieczności sprawdzenia prawidłowości działania sond
automatycznych,

—

kabina suwnicy, hala rozlewnicza i pomieszczenie taśmy spiekalniczej powinny być
wyposaŜone w urządzenia do kontroli i sygnalizacji przekroczenia dopuszczalnego
stęŜenia tlenku węgla,

—

wóz do przewozu ciekłego metalu i ŜuŜla powinien być wyposaŜony w automatyczne
sprzęgi, zderzaki, amortyzatory oraz ochraniacze kół,

—

kadź do przewozu ciekłego metalu i ŜuŜla powinna być tak zamocowana na podwoziu
wozu, aby niemoŜliwe było przypadkowe jej przechylenie,

—

kadź ŜuŜlowa przed uŜyciem powinna być poddana kontroli stanu technicznego
i czystości jej wnętrza,

—

kadź do transportu surówki lub ŜuŜla powinna być napełniana do wysokości co najwyŜej
0,25 m poniŜej jej górnej krawędzi,

—

naprawa otworu spustowego, wymiana dyszy powietrznej i ŜuŜlówki oraz urządzeń
chłodzących wielkiego pieca powinna być prowadzona wyłącznie na polecenie i pod
kierunkiem pracownika nadzorującego obsługujących ten piec oraz po zatrzymaniu pracy
wielkiego pieca,

—

w przypadku gdy w garze znajduje się ciekły metal lub ŜuŜel, przed zatrzymaniem pracy
wielkiego pieca powinna być spuszczona jego zawartość,

—

przebijanie otworu spustowego w wielkim piecu powinno być zmechanizowane,

—

w przypadku ręcznego przebijania otworu spustowego rynny spustowe surówki i ŜuŜla
powinny być przykryte blachą ułoŜoną na stalowych prętach,

—

otwór spustowy przy ręcznym przebijaniu powinien być zabezpieczony przed nagłym
wyrzutem surówki z wielkiego pieca,

—

przyrządy i narzędzia uŜywane do pracy przy spuszczaniu surówki powinny być przed
ich uŜyciem wysuszone i nagrzane,

—

otwór spustowy, koryto główne, rynny spustowe surówki i ŜuŜla, zapory, wyprawy
gliniane i inne elementy naraŜone na zetknięcie się z ciekłym metalem lub ŜuŜlem
powinny być przed rozpoczęciem spustu oczyszczone i wysuszone,

—

w miejscach przejść dla pieszych przez rynny spustowe surówki i ŜuŜla powinny być
zainstalowane mostki,

—

dla zabezpieczenia pracowników przed płomieniem, rozpryskami ciekłego metalu lub
Ŝ

uŜla powinny być stosowane osłony naprzeciw okien wsadowych,

—

podczas zlewania surówki i ściągania ŜuŜla powinny być włączone sygnały
ostrzegawcze,

—

w przypadku konieczności przeprowadzenia w określonym miejscu czynności mogących
stwarzać zagroŜenie dla Ŝycia i zdrowia ludzi, miejsca te powinny być ogrodzone
i oznakowane.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5.2

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jak moŜna rozpoznać przepaloną dyszę?

Jak moŜna stwierdzić uszkodzenie chłodnicy?

Jak zamyka się otwór spustowy?

Jakie zaburzenia mogą wystąpić podczas pracy wielkiego pieca?

Jakie są oznaki oziębienia biegu wielkiego pieca?

Jak moŜna przywrócić prawidłowy bieg pieca po oziębieniu?

Jakie są przyczyny zawieszenia wsadu?

Jak są metody wygaszania wielkiego pieca?

Jakie zasady bhp obowiązują na wydziale wielkopiecowym?

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Sprawdź stan techniczny dysz.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje sposobów oceny stanu technicznego
dysz,

przeprowadzić obserwacje dysz podczas biegu pieca oraz spustu surówki,

na podstawie obserwacji ocenić stan dysz,

zastosować zasady bhp,

zaprezentować wynik ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

stanowisko obsługi garu wielkiego pieca,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Oceń zasadowość ŜuŜla.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach informacje dotyczące sposobów oceny składu chemicznego
Ŝ

uŜli,

przeprowadzić obserwacje przełomu próbek ŜuŜla,

określić skład ŜuŜla,

zaprezentować wynik ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

próbki ŜuŜla,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 3

Załaduj zatykarkę świeŜą masą ogniotrwałą.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach informacje dotyczące zatykarek otworu spustowego surówki,

zastosować przepisy bhp,

oczyść cylinder zatykarki,

przygotować masę ogniotrwałą,

załadować cylinder zatykarki świeŜą masą,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

zatykarka,

−

masa ogniotrwała,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 4

Określ zakres prac i czas trwania remontu bieŜącego, remontu średniego i kapitalnego

wielkiego pieca.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach informacje dotyczące remontu wielkiego pieca,

określić zakres prac podczas remontu bieŜącego,

określić zakres prac, czas trwania i przygotowanie pieca do remontów średnich,

określić zakres prac, czas trwania i przygotowanie pieca do remontów kapitalnych,

zaprezentować wynik ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

dokumentacja remontów wielkiego pieca,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 5

Scharakteryzuj zasady bezpieczeństwa i higieny pracy obowiązujące podczas prac przy

garze wielkiego pieca.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach informacje dotyczące bhp podczas otrzymywania surówki,

określić zasady dotyczące stosowania odzieŜy ochronnej,

określić zasady bhp obowiązujące przy spuście surówki i ŜuŜla,

zaprezentować wynik ćwiczenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

rozporządzenia dotyczące bhp w hutach Ŝelaza,

−

literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

scharakteryzować rodzaje zaburzeń pracy wielkiego pieca?

określić sposoby zniwelowania zaburzeń pracy wielkiego pieca?

określić stan techniczny dysz?

określić zasadowość ŜuŜli wielkopiecowych?

scharakteryzować sposoby wygaszania wielkiego pieca?

rozróŜnić urządzenia stosowane do zamykania i otwierania otworów
spustowych?

rozróŜnić urządzenia stosowane do zamykania i otwierania otworów

spustowych?

określić zakres remontu bieŜącego, średniego i kapitalnego wielkiego

pieca?

określić zasady bhp, ochrony ppoŜ. i ochrony środowiska

obowiązujące podczas produkcji surówki?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

Przeczytaj uwaŜnie instrukcję.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

Test zawiera 20 zadań. Do kaŜdego zadania dołączone są 4 moŜliwości odpowiedzi.
Tylko jedna jest prawidłowa.

Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce
znak X. W przypadku pomyłki naleŜy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie
ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.

Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.

Jeśli udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóŜ jego rozwiązanie
na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.

Na rozwiązanie testu masz 30 minut.

Powodzenia!

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Ruda Ŝelaza o wzorze chemicznym Fe

hematyt.

magnetyt.

limonit.

syderyt.

2. Urządzenie przedstawione na schemacie jest stosowane do

sortowania rud.

grudkowania rud.

rozdrabniania rud.

brykietowania rud.

3. Strefa wielkiego pieca w której umieszczone są otwory słuŜące do spuszczania surówki

to
a)

gardziel.

przestroi.

szyb.

gar.

4. W skale płonnej rudy przewaŜa kalcyt. Dla takich rud topnikiem jest

magnezyt.

kwaśny ŜuŜel.

węglan wapnia.

dolomit.

5. Zawartość węgla w surówkach Ŝelaza wynosi

2,3–3,2 %.

5,1–6,3 %.

3,7–5,5 %.

3,2–4,3 %.

6. Zawartość manganu w surówkach zwierciadlistych wynosi

3,7–3,8 %.

6,0–24,0 %.

5,0–5,5 %.

0,4–1,0 %.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

7. Skurcz odlewniczy zmniejsza dodatek

fosforu.

manganu.

krzemu.

siarki,

8. Temperatura w garze wielkiego pieca wynosi

około 1900ºC.

około 160ºC.

około 2100ºC.

około 1600ºC.

9. Produktem wielkopiecowym nie jest

koks.

uŜel.

surówka Ŝelaza.

gaz wielkopiecowy.

10. Prawidłowy bieg pieca po przegrzaniu moŜna przywrócić poprzez

zwiększenie ilość wprowadzanej rudy.

zmniejszenie ciśnienie powietrza.

zwiększenie ilość dodawanego koksu.

zmniejszenie ilość wdmuchiwanego powietrza.

11. Urządzenie przedstawione na schemacie słuŜy do

sortowania rudy.

zbrylania rudy.

spiekania rudy.

brykietowania
rudy.

12. Domieszką szkodliwą w surówkach Ŝelaza jest

chrom.

krzem.

fosfor.

mangan.

13. Brykietowanie rud jest procesem polegającym na:

tworzeniu z rudy foremnych kulek o średnicy 20–25 mm.

zbrylaniu rudy w prasach pod ciśnieniem.

łączeniu rudy z topnikami.

rozdrabnianiu rudy w celu uzyskania odpowiedniej ziarnistości.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

14. Jedna z dysz wielkiego pieca świeci na czerwono. Jest to oznaką

oziębienia pieca.

przegrzania pieca.

przepalenia dyszy.

zawieszenia wsadu.

15. Sądy izotopowe słuŜą do kontroli

składu rudy.

ciśnienia dmuchu.

temperatury dmuchu.

poziomu wsadu.

16. Do materiałów wsadowych w wielkim piecu nie naleŜy

topnik.

koks.

ruda Ŝelaza.

gaz wielkopiecowy.

17. Rudą o największej zawartości Ŝelaza jest

syderyt.

limonit.

hematyt.

magnetyt.

18. Podczas obserwacji procesu spiekania stwierdzono, Ŝe spiek na przełomie jest w całości

ciemny. W takim przypadku obsługa taśmy spiekalniczej powinna

zwiększyć ilość doprowadzonego powietrza.

zmniejszyć prędkość taśmy.

zwiększyć ilość koksiku.

zwiększyć prędkość taśmy.

19. Aby zwiększyć grafityzację Ŝeliwa naleŜy w surówkach odlewniczych

zwiększyć ilość krzemu.

zmniejszyć ilość krzemu.

zwiększyć zawartość fosforu.

zmniejszyć zawartość fosforu.

20. Redukcja bezpośrednia zachodzi wg reakcji

3Fe + 2CO = Fe

C + CO

+ C = 2 CO.

FeO + C = Fe + CO.

+CO = 3FeO + CO

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko………………………………………………………………………………….

Otrzymywanie surówki

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. LITERATURA

Górecki A.: Technologia ogólna, WSiP, Warszawa 1989

http://ippc.mos.gov.pl/preview/pl/poradniki_branzowe%20(2).html

Hutnictwo i odlewnictwo, WSiP, Warszawa 1974

Rodek M.: Maszyny i urządzenia metalurgiczne. Państwowe Wydawnictwa Szkolnictwa
Zawodowego Warszawa, 1973

Czasopisma
–

Nowa Edukacja Zawodowa

–

Edukator Zawodowy – www.koweziu.edu.pl/edukator/index.php