METALURGIA TECHNOLOGIA METALI

1. METALURGIATECHNOLOGIA METALI Dr inż. Robert Skoblik Wydział Mechaniczny Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

2. Literatura • Chodkowski S.: „Metalurgia metali nieżelaznych” WGH Katowice 1962 • Chudzikiewicz R., Briks W.: Podstawy metalurgii i odlewnictwa. Warszawa: PWN 1977. • Encyclopedie des Sciences Industrielles Quillet – MecaniqueLibrairie Aristide Quillet Paris 1974 • Encyklopedia techniki „Metalurgia” Wyd. Śląsk Katowice1985 • Kosowski A.: „Zarys odlewnictwa”Wyd. AGH Kraków 1997 • Muszyński Z.: „Zarys technologii metali” PWN, Warszawa 1978 • Praca zbiorowa. „Podstawowe techniki wytwarzania w przemyśle maszynowym” WNT Warszawa 1973 • Szweycer M., Nadolska D.: Metalurgia i odlewnictwo. Poznań: Wyd. Politechniki Poznańskiej 2002 • Tabor A., Rączka J.S., Kowalski J.S., Kraus E.: „Metalurgia”. Wyd. Pol. Krak. Kraków 1999 • „Świat Wiedzy” • INTERNET

3.   METALURGIA METALI • Metalurgią nazywa się szereg powiązanych ze sobą procesów technologicznych mających na celu otrzymanie technicznie czystego produktu z surowców, którymi najczęściej są rudy wytapianych metali. • Główne działy metalurgii to: • metalurgia żelaza, • metalurgia metali nieżelaznych

4. Podstawowe procesy metalurgiczne to: • wstępna przeróbka rudy • wzbogacanie rudy • proces hutniczy • rafinacja • Materiałami wyjściowymi przy produkcji stopów żelaza i stopów metali nieżelaznych są ruda, koks lub inne nośniki ciepła, topniki oraz materiały ogniotrwałe.

5. Procesy metalurgiczne można podzielić na: 1.procesy pirometalurgiczne (ogniowe), prowadzone w wysokich temperaturach, mające za zadanie otrzymanie metalu i w następnych zabiegach jego ewentualną rafinację, 2. procesy elektrometalurgiczne polegające na topieniu i rafinacji wsadu metalowego w piecach elektrycznych łukowych, oporowych i indukcyjnych oraz procesach elektrolizy roztopionych soli lub wodnych roztworów, 3. procesy hydrometalurgiczne w których otrzymuje się metale z wodnych roztworów ich soli, przez rozpuszczanie metali zawartych w rudzie za pomocą kwasów lub zasad. 4. metalurgię próżniową

6. MATERIAŁY OGNIOTRWAŁE W większości przemysłowych sposobów otrzymywania metali i stopów mamy do czynienia z procesami topienia przy wysokich temperaturach, dlatego też wewnętrzne wykładziny pieców i innych urządzeń metalurgicznych wykonuje się z materiałów ogniotrwałych. Muszą być one zdolne do przenoszenia obciążeń przy wysokich temperaturach, wytrzymania gwałtownych zmian temperatury i chemicznego oddziaływania żużla i gazów piecowych.

7. W zależności od zachowania się względem żużli, dzielimy materiały ogniotrwałe na: • kwaśne – odporne na działanie żużli kwaśnych – podstawowym składnikiem jest SiO2 lub Al2O3 ( materiały krzemionkowe, kwarcowo – szamotowe, szamotowe), • 2. zasadowe – odporne na działanie żużli zasadowych – podstawowym składnikiem jest CaO lub MgO (magnezytowe, dolomitowe, dolomitowo – magnezytowe i chromitowo – magnezytowe), • 3. neutralne lub amfoteryczne (obojętne) – słabo reagujące z żużlami zarówno zasadowymi jak i kwaśnymi lub też wykazujące pełną odporność na ich działanie – podstawowymi składnikami są: Cr2O3, Zr2O3, SiC lub C (chromitowe, cyrkonowe, karborundowe i węglowe).

8. PALIWA STOSOWANE W METALURGII

9. KOKSOWNIA Przekrój pieca typu Koppersa: 1 – główny przewód gazu koksowniczego, 2 – główny przewód gazu wielkopiecowego, 3 – regenerator, 4 zbiorcze kanały spalinowe, 5 – kanały komór grzewczych [9]

10. Koksownia Przekrój przez komorę koksowniczą [5]

11. Koksownia Internet

12. .METALURGIA STOPÓW ŻELAZA Stopy żelaza: Surówka jest to stop żelaza z węglem (ponad 2%C – najczęściej 2,5 – 4,5%) oraz innymi pierwiastkami (Si, Mn, P, S)otrzymywany w wyniku redukcji rudy żelaza (w wielkim piecu, piecu niskoszybowym) przeznaczony do dalszej przeróbki na inne stopy żelaza. Stal – techniczny stop żelaza zawierający do ok. 2% C (max. 2,06%) oraz inne pierwiastki pochodzące z surowców, materiałów ogniotrwałych, paliw, atmosfery albo dodawane celowo (dodatki stopowe stali) otrzymywany w stanie ciekłym w procesach stalowniczych i po zakrzepnięciu przerabiane plastycznie.

13. Staliwo – techniczny stop żelaza zawierający do ok. 2% C oraz inne pierwiastki pochodzące z surowców, materiałów ogniotrwałych, paliw, atmosfery albo dodawane celowo (dodatki stopowe stali) otrzymywany w stanie ciekłym w procesach stalowniczych i odlany do form odlewniczych, nie przerobiony plastycznie. Żeliwo – stop żelaza z węglem i z innymi pierwiastkami jak Mn, Si, P, S o zawartości węgla ponad 2% (praktycznie 2,65 do 3,8%), stosowany w postaci odlewów.

14. Rudy żelaza • magnetyt (żelaziak magnetyczny) – tlenek żelazowo – żelazawy (Fe3O4), zawierająca ok. 72% Fe, ma własności magnetyczne, zwartą budowę i ze względu na skład chemiczny skały płonnej jest trudno topliwy, zawiera domieszki siarki i fosforu. Występuje w Szwecji, Norwegii, Rosji. • hematyt (żelaziak czerwony) – tlenek żelazowy (Fe2O3), zawiera zwykle 50 – 60% żelaza. Skałę płonną stanowi najczęściej krzemionka i glina a niekiedy również wapń. Jest rudą łatwo topliwą o charakterze zasadowym i nie stanowi w kopalinie zwartej i twardej masy. Największe złoża hematytów znajdują się na terenach Ukrainy, USA, Hiszpanii i we Włoszech, niewielkie również w Polsce na Dolnym Śląsku.

15. Rudy żelaza • limonit (żelaziak brunatny) – uwodniony tlenek żelazowy (2Fe2O3·3H2O), zawiera przeciętnie 30 – 53% żelaza. Jest najbardziej rozpowszechnioną rudą w przyrodzie. Jest rudą łatwo topliwą. Skałę płonną stanową najczęściej krzemionka i glina a czasem tlenki wapnia i tlenki magnezu. Jako zanieczyszczenie występuje w skale płonnej siarka i fosfor. • syderyt (żelaziak szpatowy) – węglan żelazawy (FeCO3), zawierający przeciętnie 30 – 40% żelaza. Rudy te są bardzo łatwo topliwe lub samo topliwe, zanieczyszczone krzemionką, tlenkiem wapnia i tlenkiem magnezu.

16. Przygotowanie rud • Operacje przygotowania rud dzielimy na dwie grupy: 1. Operacje przygotowania rud oparte na własnościach fizycznych materiałów: • rozdrabnianie i klasyfikacja • operacje wzbogacania rud: przebieranie ręczne, wzbogacanie grawitacyjne, magnetyczne i elektrostatyczne, flotacja, • operacje wykańczające i pomocnicze: oddzielanie koncentratów od wody (zagęszczanie, filtrowanie, suszenie), zbrylanie przez brykietowanie i grudkowanie 2. Operacje przygotowania rud mające charakter przeróbki chemicznej: • zbrylanie materiałów przez spiekanie, • wzbogacanie ogniowe rud węglanowych, • prażenie utleniające rud i koncentratów siarczkowych, prażenie utleniające ze spiekaniem.

17. Rozdrabnianie rud Zakresy rozdrabniania i stosowane urządzenia

18. Kruszarki szczękowe Kruszarka szczękowa normalna: 1 – wał mimośrodowy, 2-oparcie wału, 3 –płyta rozporowa, 4- gniazdo, 5 – szczęka ruchoma, 6 – oś szczęki ruchomej, 7 – płyta wymienna, 8 – rama kruszarki, 9 – szczęka nieruchoma, 10 – sprężyna, 11 – śruba nastawcza klinów, 12 – kliny [1]

19. Kruszarki szczękowe Kruszarka szczękowa jednodźwigniowa [1]

20. Kruszarka stożkowa Kruszarka stożkowa do rozdrabniania wstępnego: 1 – stożek, 2 – pierścień kruszący, 3- płaszcz zewnętrzny,4 – wrzeciono, 5 – łożysko, 6 – ramiona nośne dla łożyska i wału, 7 i 8 – koła zębate, 9 – wał napędowy, 10 – nakrętka do podnoszenia i opuszczania wrzeciona i stożka [1]

21. Kruszarka młotowa Kruszarka młotowa: 1 – kadłub kruszarki, 2 – tarcza obrotowa, 3 – wał, 4 – młotki, 5 – lej załadunkowy, 6 – ruszt [1]

22. Kruszarka młotowa Kruszarka młotowa dwuwirnikowa [1]

23. Kruszarka udarowa Kruszarka udarowa: 1 – wirnik stalowy, 2 – listwy z twardej stali, 3 –płyty robocze, 4 – zsuwnia rusztowa, 5 – wylot [1]

24. Młyny Młyn kulowy bębnowy: 1 – bęben, 2 – wyłożenie bębna płytami ze stali odpornej na ścieranie, 3 – koło zębate, 4 – komora wyładowcza, 5 – ślimak zasilacza [1]

25. Młyny Młyn kulowy stożkowy [1]

26. Młyny Młyn prętowy: 1 – zasilacz ślimakowy, 2 – koło zębate, 3 – bęben, 4 – wyłożenie bębna, 5 – wyłożenie ścian czołowych, 6 – pręty [1]

27. Przesiewacze Schemat przesiewacza bębnowego [1]

28. Przesiewacze Schemat przesiewacza wibracyjnego mimośrodowego: 1 – ruchoma rama sita, 2 – sito, 3 wał mimośrodowy, 4 – stojak, 5 – rama nieruchoma, 6 amortyzatory [1]

29. Seperator magnetyczny [3]

30. Spiekanie rud Spiekanie rud: 1 – taśma typu Dwight – Lloyda (wózki), 2 – bębny, 3 – komory ssące, 4 – dozowniki mieszanki, 5 – piec do zapalania wsadu, 6 – łamacz spieku [2]

31. Spiekanie rud Internet