METALURGIA TECHNOLOGIA METALI Dr inż. Robert Skoblik Wydział Mechaniczny Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

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

  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

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.

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

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.

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).

PALIWA STOSOWANE W METALURGII   Stan skupienia lub rodzaj paliwa Paliwa naturalne Paliwa sztuczne Stały Drewno Torf Węgiel brunatny Węgiel kamienny Węgiel drzewny Koks Półkoks Pył węglowy Ciekły Ropa naftowa Destylaty ropy naftowej Destylaty smoły pogazowej Benzyna syntetyczna Gazowe Gaz ziemny Gaz świetlny Gaz koksowniczy gaz czadnicowy Gaz generatorowy Gaz wielkopiecowy Energia elektryczna Paliwo jądrowe

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]

Koksownia Przekrój przez komorę koksowniczą [5]

Koksownia Internet

. 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.

Staliwo – techniczny stop żelaza zawierający do ok 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.

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.

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.

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.

Rozdrabnianie rud Zakresy rozdrabniania i stosowane urządzenia Przybliżona wielkość otrzymywanego ziarna mm Urządzenia rozdrabniające Grube (wstępne) 100 Kruszarka szczękowa, stożkowa, młotowa, udarowa Średnie 30 Kruszarka płaskostożkowa, udarowa, młotowa, walcowa Drobne 5 Kruszarka walcowa, dezyntegrator Mielenie 0,5 Młyny kulowe i prętowe

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]

Kruszarka szczękowa jednodźwigniowa [1] Kruszarki szczękowe Kruszarka szczękowa jednodźwigniowa [1]

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]

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

Kruszarka młotowa dwuwirnikowa [1]

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

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]

Młyn kulowy stożkowy [1] Młyny Młyn kulowy stożkowy [1]

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

Schemat przesiewacza bębnowego [1] Przesiewacze Schemat przesiewacza bębnowego [1]

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

Seperator magnetyczny [3]

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]

Spiekanie rud Internet