1. Podział Metalurgii: 1.pirometalurgia - dział metalurgii obejmujący procesy prowadzone w wysokich temperaturach. Zastosowanie: przy wytwarzaniu i rafinowaniu (oczyszczaniu) metali; 2.hydrometalurgia - dział nauki obejmujący otrzymywanie metali z ich rud wraz z rafinacją przez wydzielanie ich z wodnych roztworów soli metali otrzymywanych poprzez ługowanie rud.

2. Do najważniejszych rud żelaza zalicza się: A) Żelaziak magnetyczny. Magnetyt jest tlenkiem żelazawo-­żelazowvm. W stanie czystym zawiera 71,4% żelaza, w rudach natomiast zawartość żelaza wynosi 50-70%. Ma właściwości magnetyczne. Jest mało porowaty, stąd trudno się redukuje. B)Żelaziak czerwony. Hematyt jest tlenkiem żelazowym, zawierającym w stanie czystym 70% żelaza. Zawartość żelaza w rudzie wynosi 40-60%. Hematyty charakteryzują się dobrą redukcyjnością, ich wadą natomiast jest znaczna zawartość pyłu. C)Żelaziak brunatny. Występuje w kilku odmianach wodorotlenków żelaza, wobec czego w stanie czystym może zawierać różne ilości żelaza. W rudzie zawartość żelaza wynosi 25-50%. Rudy te zawierają dość dużo szkodliwych domieszek, w szczególności fosforu, lecz charakteryzują się dobrą redukcyjnością, usunięcie bowiem wody krystalizacyjnej czyni je porowatymi. Rudy polskie są ubogie, zawierają około 39% żelaza i są zanieczyszczone cynkiem oraz ołowiem; D)Żelaziaki szpatowe.

3. Koks jest paliwem i reduktorem w procesie wielkopiecowym. Wytwarza: a)CIEPŁO spalany w dolnej części Wielkiego Pieca - na poziomie dysz i powyżej) b)oraz gazy potrzebne do redukcji tlenu z rudy żelaza: 42 % CO, 2 % H₂, 56 % N₂.

4. Aglomeracja - spiekanie miałkich rud z dodatkiem koncentratów, pyłów zgorzeliny itp.

5. Wsad WP: ruda Fe, koks, topniki, powietrze

6. Metalurgia surówki. Proces wielkopiecowy: 1. proces ciągły wytwarzania żelaza; surówki wielkopiecowej; 2.oddzielenie od rudy tzw. skały płonnej w temp. 450 - 1500 stopni Celcjusza; 3.odpowiednią temp. w WP otrzymuje się z procesu spalania koksu; 4.Wsad do wielkiego pieca to: ruda Fe, koks, topniki, powietrze; 5.wynik procesu to produkty wielkiego pieca to: surówka, żużel, gaz wielkopiecowy tzw. gaz gardzielowy.

7. Surówka zawiera ok. 4%C, 0,7%Si, 0,5%Mn, 0,2%P i 0,02%S. Rozróżniamy: Surówkę przeróbczą, odlewniczą i zwierciadlistą.

8. Wyroby Wielkiego Pieca: 1.szamotowe; 2.ze stopionego mulitu; 3.karborundowe bezpośrednio wiązane; 4.chromowo -spinelowe; 5.korundowo-chromowe; 6.bloki węglowe ze spiekanego mulitu; 7.bloki grafitowe.

9. Topnik podawany z rudą żelaza (w spieku, w grudkach) lub luzem (oddzielny wsad). Zadania a)ożużlenie skały płonnej rudy Fe, b)przeprowadzenie krzemionki, tj. SiO₂ w ciekły żużel im więcej SiO2 w rudzie Fe, tym więcej potrzeba koksu i topników. Efekt: żużel wielkopiecowy zasadowy. temperatura topnienia ok. 1200⁰c. rozpuszcza siarkę s (> 92%).

10. Cel wytworzenia żużla wielkopiecowego - a)ochrona stali przed atmosferą panującą podczas topnienie; b)przejmowanie niepożądanych domieszek usuwalnych ze stali w czasie wytapiania i przebiegu procesów metalurgicznych pomiędzy stalą a żużlem; c)regulacja przebiegu procesów utleniania i odtleniania stali; d)ochrona cieplna i regulacja temperatury stali.

11. Wtrącenia niemetaliczne to tlenki siarki, fosforu, zwane są zanieczyszczeniami.

12. Spiekanie - usunięcie nadmiaru skały płonnej przez rozdrobnienie (<40 mm), odsianie podziarna poniżej 8 mm, spieczenie przemiału z topnikami (dolomit MgCO₃ i kamień wapienny CaCo₃), utworzenie samotopliwego spieku przez nadtopienie powierzchni ziarn rudy w temp. 1250 - 1320oC ; Spiekanie prowadzi się w warstwie rudy o wysokości ok. 300 mm, zasypanej na ruszt. Powstały spiek jest jednorodny pod względem składu chemicznego i wytrzymałości. Spiekanie prowadzi się na taśmie spiekalniczej.

13. Grudkowanie - metoda zbrylenia bardzo drobnych (poniżej 0,1 mm) koncentratów rudnych dodatkami wiążącymi bentonit lub wodorotlenek wapnia w ilości 0.5%. Grudki powstają z wilgotnego materiału w obracającym się urządzeniu grudkującym (bębnie lub talerzu).

14. Konstrukcja WP i funkcje: a)gardziel - kształt walca, materiały wsadowe rozkładają się zawsze na jednakowej powierzchni, zmniejszenie prędkości wylotowej gazów i zmianę kierunku wypływu strumienia gazu ze wsadu co oczywiście powoduje zmniejszenie ilości wydmuchiwanego pyłu. B)szyb- przekrój szybu musi zwiększać się ku dołowi, aby zapewnić miejsce dla zwiększającej się objętości wsadu oraz aby uniemożliwić zawiśnięcie koksu na ścianach szybu. C)przestron - wsad jest już plastyczny w tej części WP i zmniejsza się jego objętość dlatego przestron ma kształt walca. D)spadki - wsad rudny jest już całkowicie ciekły, dlatego spadki zwężają się ku dołowi aby prędkość spływania ciekłych produktów nie była zbyt szybka. E)gar - zachodzi spalanie paliwa dmuchem wtłoczonym przez dysze. F)kotlina - pozostawiona poniżej garu o wysokości 600-1200 mm, w której zbiera się surówka, zwiększenie wysokości kotliny zapewnia oddalenie ogniotrwałego trzona pieca od strefy najwyższej temperatury co zwiększa jego trwałość.

15. REDUKCYJNOŚĆ - cecha określająca zdolność oddawania tlenu reduktorom wielkiego pieca (C, CO, H2) przez tlenki żelaza zawarte w rudzie.

16. Reakcja pośrednia- reduktorem jest CO (proces egzotermiczny).

17. Reakcja bezpośrednia (reduktorem jest C lub H₂, jest to proces endotermiczny).Reakcje te przebiegają przy koniecznym udziale CO.

18. Wsad do pieca martenowskiego: 1. Złom stalowy; 2.surówka stała lub/i ciekła 3.ruda żelaza (do świeżenia- wypalania węgla); 4.topniki (CaO,CaCO3, MgO); 5.żelazostopy (Fe-Cr, Fe-Mn, Fe-Si); 6.odtleniacze (Fe-Si-Mn, Al);

19. Proces Martenowski. tj. wytapianie stali (martenowskiej) w piecu martenowskim. piec martenowski jest najbardziej skomplikowany ze wszystkich pieców metalurgicznych. Najważniejsze części pieca to: a)przestrzeń robocza b)regeneratory. paliwo : gaz ziemny (czasami z dodatkiem gazu wielkopiecowego lub koksowniczego. Wyprawa pieca (obmurze): trzon: zasadowy (magnezyt, dolomit),
    sklepienie: kwaśne (krzemionka).

20. Wsad do pieca martenowskiego: 1. Złom stalowy; 2.surówka stała lub/i ciekła 3.ruda żelaza (do świeżenia- wypalania węgla); 4.topniki (CaO,CaCO3, MgO); 5.żelazostopy (Fe-Cr, Fe-Mn, Fe-Si); 6.odtleniacze (Fe-Si-Mn, Al);

21. Rekuperator: w piecu martenowskim ma postać komory z odpowiednio ukształtowanymi kanałmi, gdzie gorące spaliny oddają ciepło gazowi opałowemu. Dzięki niemu możliwe jest osiągnięcie wyższej temperatury w komorze roboczej.
    Regenerator: w piecu martenowskim zbudowany z cegieł ceramicznych dynasowych w formie ratowniczej, ułatwiającej przelot spalin, gazu i powietrza. Powietrze i gaz przepływające przez regenerator nagrzewają się.

22. Regeneracja ciepła: wymiana ciepła między dwoma czynnikami, płynącymi na zmianę przez komorę wypełnioną materiałami o dużej pojemności cieplnej np. kształtkami ceramicznymi. Czynnik ogrzewający przepływa przez komorę oddając ciepło ceramice a następnie przez komorę płynie czynnik nagrzewany odbierając ciepło zmagazynowane w materiale wypełniającym komorę.

23. Rekuperacja ciepła: wymiana ciepła między dwoma czynnikami będącymi w ruchu poprzez przeponę, oddzielającą oba media. Wskazane jest wysokie przewodnictwo cieplne przepony.

24. Midrex i Corex. Proces redukcji bezpośredniej na przykładzie pieca Midrex i Corex.Współcześnie trwają poszukiwania współczesnych metod otrzymywania żelaza w stanie stałym zwanego grudkami żelaznymi przy pomocy redukcji bezpośredniej przy pomocy nieklasycznego, jakim jest koks, lecz za pomocą spalania wodoru. Zarówno proces Midrex i Corex posiadają specjalne urządzenia wytwarzające wodór. Piec do redukcji bezpośredniej posiada wysokość nie większą niż 10m, średnicę ok. 6m a jego produkty w minimalnym stopniu zatruwają środowisko naturalne. Wsadem do pieca Midrex lub Corex są grudki rudowe zmieszane (sklejone) specjalną gliną zwaną bentonitem.Redukcja żelaza z rudy w procesie Midrex jest bardzo prosta. Przebiega podobnie jak w wielkim piecu w trzech etapach, ale we wszystkich udział bierze wodór a nie jak tam tlenek węgla i węgiel. 1.
    - para wodna 2.
    3.
    

grudki metaliczne

Proces redukcji bezpośredniej zwłaszcza wodorem pozwala w chwili obecnej w skali pół technicznej uzyskać w skali światowej ok. 1mln ton grudek. W skali światowej obecnie wytwarza się w procesie wielkopiecowym ok. 600mln ton surówki.

25. Proces MIDREX - opracowany w 1965 roku w firmie Middland-Ross w USA. Jest najbardziej dopracowanym technicznie i konstrukcyjnie procesem redukcji rud żelaza za pomocą mieszaniny składającej się z gazu ziemnego i odlotowego gazu (gardzielowego). Jest to piec szybowy, zaopatrzony od góry w zamykaną gardziel, na dole system odbioru żelaza gąbczastego. Posiada dwie strefy: redukcji i chłodzenia. Wydajność pieca ok. 3000t/dobę.

26. Pieco-kadź - urządzenie w którym odbywa się proces wykańczania stali i rafinacji ciekłej stali. Zazwyczaj realizowany jest w piecu stalowniczym. Pieco-kadź umożliwia odtlenienie, odsiarczenie, poprawę morfologii wtrąceń niemetalicznych i temperatury oraz obniżenie kosztów produkcji stali. Zapewnia nie zmienność temperatury zlewania stali.

27. Proces wytapiania stali konwertorowej może być: a)kwaśny SiO₂ b)zasadowy CaO, MgO. Znaczy to że wyprawa konwertorowa jest kwaśna lub zasadowa i dlatego w skrócie stal nazywamy kwaśną lub zasadową. Wyprawa zasadowa jest bardzo droga i nie wolno konwertora po wylaniu stali zbytnio ochłodzić, gdyż jest wrażliwy na gwałtowne zmiany temperatury. Wyprawa kwaśna jest tania, odporna na zmiany temperatury, ale nie możemy w takim piecu kwaśnym usuwać fosforu i siarki, gdyż nie można łączyć zasadowego żużla z kwaśną wyprawą pieca. Stal zasadowa pochodzi głównie z pieca o wyprawie zasadowej jest dobrze odsiarczona i odfosforyzowana. Stale dzielimy na kwaśne i zasadowe. Stal kwaśna jest gorsza od stali zasadowej. Kwaśnej nie da się odsiarczyć.

28. PROCES KONWERTOROWY jest procesem samonapędzającym się, to znaczy że surówka ciekła o temperaturze 1600^oC przelana do pieca konwertorowego i przedmuchana tlenem sama w sobie powoduje wypalanie się niepożądanych pierwiastków lub obniżenie się zawartości pożądanych pierwiastków. Kolejność wypalania pierwiastków zawartych w surówce czyli ich utleniania lub świeżenia surówki jest następująca: C, Mu, Si, P, S. Cechy procesu konwertorowego są następujące: używana jest tylko surówka ciekła o wysokiej temperaturze ok. 1600^oC często zbyt gorąca i schładza się ją już w konwertorze przez wrzucanie grubego złomu stalowego. Brak jakiegokolwiek ogrzewania konwertora, bowiem ciepło pochodzi ze spalania węgla, manganu, fosforu i siarki. Proces jest bardzo szybki ok. 400 ton surówki świeżymy na stal od 15 do 60 minut.Trzy typy pieców konwertorowych: a)konwertor z dolnym dmuchem b)konwertor z bocznym dmuchem c)konwertor z górnym dmuchem (z lancą górną).

29. Proces Bessemera: 1.wyprawa kwaśna (SiO2) ; niestety nie można usunąć P i S; 2.temp. Wlewanej surówki z wielkiego pieca może być wysoka ၾ1650 stopni Celsjusza; 3.musi być w surówce mało P i S; 4.świeżymy tylko Si, Mn, C.

30. Proces Thomasa: a)wyprawa konwertora zasadowa b)temp. Ciekłej surówki - wprost z wielkiego pieca : 1700 ^oC c)kolejność świeżenia Fe, Mn, Si, P, S d)surówka może mieć dużo P <1,5%.

31. Wyprawa ogniotrwała konwertora tlenowego. Rodzaj wyprawy konwertora, zasadowa (CaO, MgO) czy kwaśna (si02), decyduje o możliwości usuwania ze stali (surówki).

32. Konwertor tlenowy: a) z doprowadzeniem tlenu od góry przez lancę, b) z doprowadzeniem tlenu od góry przez lancę i od dołu przez dyszę lub kształtki gazoprzepuszczalne .

33. Wyprawa ogniotrwała konwertora tlenowego. Rodzaj wyprawy konwertora, zasadowa (CaO, MgO) czy kwaśna (si02), decyduje o możliwości usuwania ze stali (surówki).

34. Piec elektryczny łukowy. Istotą pieca elektrycznego łukowego jest powstanie dużej ilości ciepła z łuku elektrycznego i przekazywanie go do metalu topionego. Przekazywanie ciepła z łuku elektrycznego może odbywać się przez promieniowanie przez bezpośrednie istnienie łuku pomiędzy elektrodami a topionym metalem.

35. Przebieg proc. wytap stali w piecu elek-łuk. Naprawa po przednim spuście wyprawy pieca Ładowanie wsadu stałego i żużla syntetycznego surówka w postaci gąsek i złom klasyfikowany. Roztapianie wsadu Świeżenie. Usunięcie żużla po świeżeniu; w tym żużlu jest już pełno CaS i związków fosforu, które żeby nie przeszły ponownie do stali muszą być usunięte z pierwszym żużlem. Odfosforowanie dyfuzyjne Usunięcie żużla po odtlenianiu. Wprowadzenie dodatkowych stopów jeśli stal jest stopowa jeśli nie jest stopowa tego procesu nie ma. Dodatki stopowe, które wprowadzamy do stali ciekłej muszą być umiejętnie wprowadzone bo są drogie i mogą przejść zamiast do stali do żużla dlatego chrom Cr, mangan Mn, wolfram W, wanat V są wprowadzane jako żelazostopy czyli nieczyste pierwiastki lecz stopione z żelazem każdy osobno a więc żelazochrom Fe-Cr, Fe-Mn, Fe-W, Fe-V. Natomiast nikiel wprowadzamy jako czysty pierwiastek tzw nikiel katodowy z elektrolizy. Tytan jest specyficznym pierwiastkiem który przy bardzo małej ilości tlenu w stali natychmiast połączy się z tym tlenem i stworzy TiO₂. Nikiel praktycznie nie utlenia się.Spust stali do kadzi. Dodatkowe odtlenianie stali w kadzi tzw. osadowe.

36. Proces indukcyjny: a)przy przepływie prądów wirowych wywołanych zjawiskiem indukcji elektromagnetycznej w elementach sprzężonych magnetycznie nagrzewany jest wsad. B)łatwa, szybka i dokładana regulacja temperatury c)krótki czas stapiania wsadu d)uzyskanie stali o małej zawartości wytrąceń niemetalicznych.

37. Stal - stop żelaza z węglem otrzymany w procesie metalurgicznym, poddany obróbce plastycznej, zawierający do 2,11%C. Kryteria podziału: a) skład chemiczny (węglowe, stopowe) b)zastosowanie (konstrukcyjne, narzędziowe) c)czystość - zawartość P i S (zwykła, podstawowa, wyższa jakościowa, najwyższa, specjalna) d)stopień odtlenienie (nieuspokojona, uspokojona) e)metoda wytwarzania (konwertorowa, elektryczna i inne) f)rodzaj wyrobu (blachy, kształtowniki, odkówki) g)postać (walcowan na zimno lub gorąco, kuta)

38. Topniki Stalownicze: kamień wapienny, dolomit, wapno, fluoryt, boksyt, piasek.

39. Proces VOD (lub LD-Vac). Charakterystyczną cechą stali odpornych na korozję jest duża zawartość dodatków stopowych a w szczegól. chromu, niklu, niewiele molibdenu i bardzo niska zawart. węgla najlepiej poniżej 0,05%. Tak niską zawartość węgla w stali bardzo trudno otrzymać i dlatego musimy się posłużyć procesem duplex to znaczy podwójnym procesem: wytapiania stali i jej obróbki pozapiecowej. Proces VOD jest najbardziej skomplikowanym procesem metalurgicznym, gdyż walczymy w nim o wysoką temperaturę stali, brak zgaru chemicznego chromu lub maksymalne jego ograniczenie, walczymy o korzystną atmosferę nad kąpielą metalową stali a jest nią tlenek węgla CO.

40. Proces AOD jest to proces również próżniowy, również z tlenem i próżnią przeznaczony nie tylko do wytapiania stali LC-SONK ale również wszystkich innych gatunków stali wysokostopowych, a więc: żaroodpornych, żarowytrzymałych, odpornych na zużycie a przede wszystkim stali z dużą ilością dodatków stopowych nie tylko chromu i niklu.

41. Obróbka pozapiecowa stali. Pojęcie obróbki pozapiecowej stali łączy się z konieczności jej uszlachetniania poza piecem metalurgicznym gdyż wszystkie możliwości oczyszczenia stali ze szkodliwych pierwiastków i gazów kończą się na poziomie ich zawartości, która współczesnej techniki niezadowala. Obróbka pozapiecowa to: a)argonowanie stali, b)obróbka próżnią, c)obróbka próżnią i argonem.

42. Argonowanie jest to rodzaj obróbki pozapiecowej stali w której osuszony gaz przepuszcza się przez kształtkę porowatą w dnie kadzi lub lancą (jak w konwertorze) przez ciekłą stal. Pęcherzyki Ar mają te właśc. że potrafią absorbować na swej powierzchni pęcherzyki innych gazów jak wodór, tlen, azot a nawet mogą one wnikać do pęcherzyka argonu i z nim razem wypływać do żużla gdzie ulegają koagulacji. Także wtrącenia niemetaliczne WN o dużej lepkości powierzchni absorbują się na powierzchni argonu i wypływają do żużla. Tak więc argon gaz szlachetny spełnia rolę oczyszczacza stali. Argon jest mieszaniną izotopów: ⁴⁰Ar (99,600%), ³⁸Ar (0,063%) ³⁶Ar (0,337%) , gęstość - ξ=1,7839 kg/m³

43. Piece próżniowe. Piec próżniowy i proces metal. w nim mają nast. zalety: a)topimy bez ciekłego żużla, b)topimy bez atmosfery, c)topimy z dowolną atmosferą najczęściej obojętną (argon), d)stal może posiadać dowolny skład chemiczny, a ubytek pierwiastków stopowych jest znikomy, e)stal ma wysoką jednorodność gdyż jest mieszana induk., temperatura ciekłej stali jest bardzo dokładnie kontrolowana. Wady procesu próżniowego: a)wysoki koszt pieca i stali, b)szybko niszczy się tygiel, c)silnie segregują niektóre pierwiastki stopowe.

44. Obróbka pozapiecowa stali. Piece indukcyjne w komorze próżniowej pozwalają według tabeli na procesy przy próżni metalurgicznej wynoszącej 10^-2 ÷ 10^-3 Tr (tora - 1Tr= 133Pa). Próżnia badawcza wynosi od 10^-3 ÷ 10^-6 Tr. Natomiast głęboka próżnia to 10^-8 ÷ 10^-12 Tr. Piece próżniowe przeznaczone są głównie do wytapiania stali narzędziowej a także stopów kosmicznych tytanu, stopów kosmicznych aluminium i magnezu ale również stali odpornych na korozję niskowęglowych. Ponieważ piece próżniowe indukcyjne są bardzo kosztowne zamiast nich stosuje się komory próżniowe to znaczy stal wytapiana w zwykłych piecach elektrycznych i przelana do kadzi natychmiast jest umieszczana w komorze próżniowej i tam obrabiana pozapiecowo próżnią.

45. Rozlewanie stali sposobem ciągłym(COS). COS to nowoczesna technologia otrzymywania wlewków stalowych o dowolnych średnicach, dowolnych kwadratach i prostokątach w przekroju i teoretycznie nieskończonej długości. Tradycyjne rozlewanie stali polegało na wlewaniu jej do metalowej wlewnicy gdzie musiała skrzepnąć żeby móc wyjąć wlewek i przeznaczyć go po ponownym podgrzaniu do walcowania. W ciągłym odlewaniu stali istnieją dwa najważniejsze elementy kształtujące dowolny wymiar przekroju poprzecznego wlewka: krystalizator, system dozujący ciekły metal do krystalizatora.

46. COS pierwszej generacji. COS pierwszej generacji polegał na tym, że wlewek o dowolnym przekroju poprzecznym krystalizowany był w krystalizatorze. Schodził w dół aż do studni gdzie po drodze był chłodzony natryskiem a następnie cięty palnikiem acetylenowo-tlenowym na kęsy żądanej długości. Taki system COS wymagał głębokiej betonowej studni o głębokości do 50 m. Jest to kosztowna inwestycja, bowiem na dnie studni kęsy wlewka musiały być windą wyciągane na poziom huty i transportowane do walcowni. Krystalizator wykonany z reguły w 1 etapie z rur miedzianych obecnie z rur żaroodpornych wykonuje ruchy posuwistozwrot. o amplitudzie 10÷15 mm.

47. COS drugiej generacji. COS drugiej generacji jest znacznie bardziej skomplikowany ale tylko w części pozwalającej uniknąć głębokiej studni W tym celu wlewek 6 jest za pomocą systemu rolek 5 i 11 zaginany i prostowany. Wszystko to dzieje się teraz na poziomie huty.

48. COS trzeciej generacji. COS trzeciej generacji jest najnowszym procesem metal. w którym krystalizator kształtujący wlewek nie jest elementem walcowym prostym lecz walcem zakrzywionym jest elementem zakrzywionym w którym w naturalny sposób odlewamy wlewek zakrzywiony o dużym łuku, a następnie jak w drugiej generacji wlewek jest prostowany.

- 6 -

---