Η Σχολή | Προσωπικό | Σπουδές | Έρευνα | εκτύπωση

Τίτλος Μαθήματος

Μεταλλουργία Σιδήρου Ι (7.2.17.7)

Εξάμηνο Διδασκαλίας

Υποχρεωτικό Μάθημα Κορμού: 7ου Εξαμήνου

Ωριαίο Πρόγραμμα

Ώρες Διδασκαλίας Ώρες Ασκήσεων
Εργαστηριακές Φροντιστηριακές
2 2 -

Ωρολόγιο Πρόγραμμα

Παράδοση:
Τρίτη, 10.45 - 12.30, κτήριο Μηχ. Μεταλλείων - Μεταλλουργών, αμφιθέατρο 0.1

Ασκήσεις:
Πέμπτη, 15.00 - 17.00, κτήριο Μηχ. Μεταλλείων - Μεταλλουργών, αίθουσα 2.02

Διδάσκοντες

Άνθιμος Ξενίδης , Αναπληρωτής Καθηγητής
Διδακτικό και Ερευνητικό Προσωπικό (Δ.Ε.Π)
Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων-Μεταλλουργών , Τομέας Μεταλλουργίας και Τεχνολογίας Υλικών
3 Όροφος , Γραφείο 3.4
Τηλ. +30 210 772 2300 , +30 210 772 2168 (FAX)
e-mail: axenATmetal.ntua.gr
ώρες επικοινωνίας: 10.00 - 14.00

Βιβλία Διδασκαλίας

  • Μεταλλουργία Σιδήρου-Χυτοσιδήρου Θεωρία και Τεχνολογία (Υπό έκδοση), Ε.Ζευγώλης, Αθήνα, 2004 Εκδόσεις Ε.Μ.Π
  • Υπολογιστικές Ασκήσεις (Δίδεται η εκφώνηση σε φωτοτυπίες)

Επιπρόσθετη Βιβλιογραφία

Α. Βιβλία Μεταλλουργίας Σιδήρου Ι

  1. Μούσουλος Λ.: Εξαγωγική Μεταλλoυργία. Τόμoς II. Μεταλλoυργία τoυ Σιδήρoυ. Ε.Μ.Π., Αθήνα 1968.
  2. Stephenson R.L : "Direct Reduced Iron ( Technology and Economics of Production and Use)". Iron & Steel Society, 1980.
  3. J.A.Ricketts "History of Ironmaking: A Highly Illustrated Description of the Evolution of Ironmaking from Ancient Smelting Holes to Modern Blast Furnaces". Iron & Steel Society, 2001.
  4. Dean A. Freytag and Lance A. Burton "The History, Making & Modeling of Steel". William K Walthers, 1996.
  5. T.J.A. Smith and C.J. Newman "Smelter process Gas Handling and Treatment". TMS, The Minerals, Metals & Materials Society.
  6. William T. Lankford, United States Steel Corporation, Association of Iron and Steel Engineers "Making, Shaping and Treating of Steel (Iron Making)". United States Steel Corporation,1985.
  7. Π.Νέου-Η.Βαζαρλής : Ασκήσεις Εξαγωγικής Μεταλλουργίας, ΕΜΠ, Αθήνα 1971.
  8. H.A.Fine and G.H.Geiger: "Handbook on Material and Energy Balance Calculations in Metallurgical Processes". TMS-AIME, Metallurgical Textbook Series, 1979.
  9. Η.Βαζαρλής : Μαθήματα Μεταλλουργίας Σιδήρου, ΕΜΠ, Αθήνα 1985.
  10. Ε.Ζευγώλης : Μεταλλουργία Σιδήρου: Χάλυβας-Σιδηροκράματα, (Θεωρία και Τεχνολογία), ΕΜΠ, Αθήνα 2004.


Β. Άρθρα σχετικά με Μεταλλουργία σιδήρου Ι σε περιοδικά

  1. Ε.Ζευγώλης: "Τελευταίες Εξελίξεις στη Μεταλλουργία Σιδήρου και Χάλυβα". Ορυκτός Πλούτος 41, 1986
  2. Μούσουλος, Λ.: «Αναγωγή σιδηρομεταλλεύματος  εντός Περιστροφικού Κλιβάνου προς Παραγωγή Σπογγώδους Σιδήρου». Τεχν. Χρον. Σ. 279-283, Ιούλ.-Αυγ. 1960.
  3. Μούσουλος, Λ.: "Συμβολή εις την Μελέτην των Προβλημάτων της Καμίνου Krupp – Renn". Τεχν. Χρον. Τεύχος 417-418, σ. 83 – 100, Μαρτ.-Απρ. 59.

Γ. Σχετική βιβλιογραφία

  1. Peray, K.E. and Waddell, J.J.Q "The Rotary Cement Kiln". Published by Chemical Pub. Co, Jnc N.Y. 1972.
  2. Schnabel, W., Hirsch, M. and Serbent, H.Q  "Present State and Development Potential of the SL-RN Process". United Nations, Economic Commission for Europe. Steel Committee. Seminar on the Economic Problems Related to the Creation of Steel Plants Using Direct Reduction. 16-20 May, 1983.
  3. Ζευγώλης, Μ. Ν., Δέτσης, Ι., Τσακαρισιάνος, Α. και Μαυραγάνης, Α.:"Βελτίωση Διαστάσεων Στομίου Εξαγωγής Περιστροφικών Καμίνων Αναγωγής για την Αύξηση της Παραγωγικότητας τους". Δ.Ε 61955, 12.9.1979.
  4. Serbent, H., Meiler, H and Cappel, F.Q Raw Materials for Future Coal Based Direct Reduction "Metal Bulletin’s 3rd International Iron Ore Symposium, Athens, Greece, March 20-22nd, 1983.
  5. Serbent, H.Q "Basic Principles and Process Characteristics of Rotary Kiln Iron Ore Reduction. 4th SL-RN Kiln Users Conference, Porto Alegre, Brazil, March 22-26, 1981.

Σύντομη περιγραφή της ύλης

Πρώτες ύλες. Σιδηρομεταλλεύματα, παλαιοσίδηροι, καύσιμα. Ηλεκτρική ενέργεια. Συλλιπάσματα. Προσθήκες. Σιδηροκράματα. Νερό. Οξυγόνο. Η εφαρμογή των κυριότερων θερμοδυναμικών συστημάτων στους αντιδραστήρες της σιδηρομεταλλουργίας. Δυναμικό οξυγόνου στην υψικάμινο. Παραγωγή χυτοσιδήρου, υψικάμινος. Εισαγωγή. Περιγραφή της μεθόδου, βοηθητικές εγκαταστάσεις και συναφής εξοπλισμός. Τα προϊόντα της υψικαμίνου και η διάθεσή τους. Χημικές αντιδράσεις. Ανταλλαγή θερμότητας. Αμεση αvαγωγή των σιδηρομεταλλευμάτων. Φυσικοχημεία της άμεσης αναγωγής. Μέθοδοι παραγωγής σπoγγώδoυς σιδήρoυ. Καύσιμα και αναγωγικά μέσα κατά την άμεση αναγωγή. Συμβoλή της περιστρoφικής καμίvoυ στηv εξέλιξη τωv μεθόδωv παραγωγής πρoϊόvτωv σιδήρoυ και οι προοπτικές της. Παραγωγή χάλυβα. Η μετάβαση από το χυτοσίδηρο στο χάλυβα. Δυναμικό οξυγόνου στις καμίνους χαλυβοποίησης. Μέθοδοι εμφύσησης. Βασική αρχή και σημασία. Περιγραφή των μεταλλακτών και των αναμικτών. Εργοστασιακή συγκρότηση. Μέθοδος S – M. Μέθοδος LD. Μέθοδος OBM. Πλεονεκτήματα των μεθόδων εμφύσησης. Αποθείωση, αποφωσφορίωση, αποξείδωση.

Βαθμολογία

Η τελική γραπτή εξέταση διαμορφώνει τη βαθμολογία κάθε σπουδαστή.

Πρόγραμμα Παραδόσεων

Εβδομάδα

Κεφάλαιο

Χημική θερμοδυναμική της αναγωγής των σιδηρομεταλλευμάτων

Θερμοχημεία

Χημική ισορροπία

Κινητική των αντιδράσων αναγωγής των σιδηρομεταλλευμάτων

Μέθοδοι άμεσης αναγωγής των σιδηρομεταλλευμάτων

Περιστροφική κάμινος

Καύσιμα και αναγωγικά μέσα κατά την άμεση αναγωγή

Χυτοσίδηρος

Υψικάμινος – Περιγραφή

10η

Χημεία των αντιδράσεων μέσα στην υψικάμινο

11η

Χημικές αντιδράσεις μέσα στην υψικάμινο
Μειονεκτήματα της υψικαμίνου

12η 

Παραγωγή χυτοσιδήρου εκτός υψικαμίνου
Χαλυβοποίηση σε μεταλλάκτη – Εισαγωγή

13η

Παραγωγή χάλυβα σε ηλεκτρική κάμινο τόξου
Παραγωγή χάλυβα σε κάμινο πλάσματος

Λεπτομερές Πρόγραμμα Παραδόσεων

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ ΤΗΣ ΑΝΑΓΩΓΗΣ ΤΩΝ ΣΙΔΗΡΟΜΕΤΑΛΛΕΥΜΑΤΩΝ

  1. ΧΗΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ: Εισαγωγή. Σίδηρος. Το σύστημα Fe-O2. Χημικές Αναλύσεις των Σιδηρομεταλλευμάτων. Υπολογισμοί από τις Χημικές Αναλύσεις του Προϊόντος Αναγωγής. Ισοζύγια Μαζών. Εσωτερική Ενέργεια. Ενθαλπία.
  2. ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ: Θερμοχωρητικότητα. Θερμότητα Χημικής Αντίδρασης. Ισοζύγια Ενέργειας. Παράδειγμα Υπολογισμού Ισοζυγίου Ενέργειας. Χημική Συγγένεια. Η Κατεύθυνση των Χημικών Μεταβολών. Αντιστρεπτές και Μη Αντιστρεπτές Μεταβολές. Εντροπία. Ελεύθερη Ενθαλπία.
  3. ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ: Διαγράμματα Ellingham. Πίνακες Θερμοδυναμικών Δεδομένων. Θερμοδυναμική της Αναγωγής των Οξειδίων του Σιδήρου. Αναγωγή με CO. Η Αντίδραση Boudouard. Επίδραση της Πίεσης στην Αντίδραση Boudouard. Απόθεση του Άνθρακα. Αναγωγή με H2. Αναγωγή με Μίγμα H2 και CO.
  4. ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΤΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ ΑΝΑΓΩΓΗΣ: Αναγωγιμότητα των Σιδηρομεταλλευμάτων. Μεταβολές της Κρυσταλλικής Δομής κατά την Αναγωγή. Παράγοντες που Καθορίζουν την Ταχύτητα της Αναγωγής. Έλεγχος της Ταχύτητας Αναγωγής από την Εξωτερική Μεταφορά Μάζας. Έλεγχος της Ταχύτητας Αναγωγής από τη Χημική Αντίδραση. Έλεγχος της Ταχύτητας Αναγωγής από τη Διάχυση Αερίου μέσα από το Στρώμα του Σιδήρου. Μικτός Έλεγχος της Ταχύτητας Αναγωγής. Ολοκλήρωση της Αναγωγής (Τελικό Στάδιο). Επίδραση των Ακαθαρσιών και Προσθηκών. Επίδραση της Σύστασης και της Πίεσης Αερίου. Αναγωγή με Στερεό Άνθρακα.

    ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

  5. ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΜΕΣΗΣ ΑΝΑΓΩΓΗΣ ΤΩΝ ΣΙΔΗΡΟΜΕΤΑΛΛΕΥΜΑΤΩΝ: Εισαγωγή. Ιστορικό. Σημασία του Σπογγώδους Σιδήρου στη Χαλυβουργία. Η Επίδραση των Εξελίξεων της Χαλυβουργίας στην Άμεση Αναγωγή. Τεχνολογική Εξέλιξη των Μεθόδων Άμεσης Αναγωγής. Χρήσεις του Σπογγώδους Σιδήρου. Συμμετοχή Σπογγώδους Σιδήρου στη Παραγωγή Σιδήρου και Χάλυβα. Χημισμός των Αναγωγικών Αντιδράσεων. Καύσιμα και Αναγωγικά. Διαφορές μεταξύ Σπογγώδους Σιδήρου και Scrap. Μέθοδοι Παραγωγής Σπογγώδους Σιδήρου.
  6. Η ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΗ ΚΑΜΙΝΟΣ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΣΠΟΓΓΩΔΟΥΣ ΣΙΔΗΡΟΥ: Γενική περιγραφή της καμίνου. Βιομηχανικές Εφαρμογές. Χαρακτηριστικά της Π/Κ ως Μεταλλουργικό Μηχάνημα. Κριτήρια Συμβολής της Π/Κ στην Εξέλιξη των Μεθόδων Άμεσης Αναγωγής. Παραδείγματα Συμβολής της Π/Κ στην Εξέλιξη των Πυρομεταλλουργικών Μεθόδων Άμεσης Αναγωγής. Παραγωγή Σπογγώδους Σιδήρου. Φυσικοχημικά Χαρακτηριστικά των πρώτων υλών Τροφοδοσίας. Οικονομική Εξέταση. Τρέχουσες Εξελίξεις στις Π/Κ Παραγωγής Σπογγώδους Σιδήρου. Προβλεπόμενες Μελλοντικές Εξελίξεις. Παραδείγματα από τον Ελληνικό Χώρο. Προοπτικές της Άμεσης Αναγωγής.
  7. ΚΑΥΣIΜΑ ΚΑI ΑΝΑΓΩΓIΚΑ ΜΕΣΑ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΑΜΕΣΗ ΑΝΑΓΩΓΗ: Εισαγωγή, Διαθέσιμα Καύσιμα, Καταλυτικός Μετασχηματισμός προς Αναγωγικό Αέριο, Μερική Οξείδωση Υδρογονανθράκων προς Παραγωγή Αναγωγικού Αερίου, Άμεση αναγωγή με Στερεά Καύσιμα,  Συμπεράσματα από την Αεριοποίηση των Στερεών Καυσίμων, Αξιοποίηση της Θερμότητας από Πυρηνικούς Αντιδραστήρες για την Παραγωγή Αναγωγικού Αερίου.
  8. ΧΥΤΟΣΙΔΗΡΟΣ: Μεταλλεύματα, Προετοιμασία του Μεταλλεύματος, Ασβεστόλιθος, Ατμοσφαιρικός Αέρας.
  9. ΥΨΙΚΑΜΙΝΟΣ: Ζώνη Ακροφυσίων, Βάση (Bosh), Κοιλία, Πηγάδι,Πυρίμαχη Επένδυση, Υδρόψυξη.
  10. ΧΗΜΕΙΑ ΤΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ ΜΕΣΑ ΣΤΗΝ ΥΨΙΚΑΜΙΝΟ: Καύση του Κωκ με Θερμό Αέρα, Αναγωγή των Οξειδίων του Fe, Τήξη των Στείρων του Μεταλλεύματος και της Τέφρας με Προσθήκη Ασβεστόλιθου ως Συλλιπάσματος
  11. ΧΗΜΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΜΕΣΑ ΣΤΗΝ Υ/Κ. 11.1 ΧΗΜΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΜΕΣΑ ΣΤΟ ΠΗΓΑΔΙ: Διάσπαση Ανθρακικών Ενώσεων, Αντιδράσεις Θείου, Άλλες Αντιδράσεις, 11.2 ΧΗΜΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΜΕΣΑ ΣΤΗ ΒΑΣΗ ΤΗΣ Υ/Κ: Αναγωγή άλλων οξειδίων μέσα στη βάση της Υ/Κ, Αντιδράσεις Σχηματισμού Σκουριάς Μέσα στη Βάση της Υ/Κ, Αντιδράσεις Ρύπανσης του Σιδήρου Μέσα στη Βάση της Υ/Κ,  11.3 XHMIKEΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΜΕΣΑ ΣΤΟ ΧΩΝΕΥΤΗΡΙΟ ΤΗΣ Υ/Κ: Αντιδράσεις στη Ζώνη Καύσης, Αντιδράσεις Μεταξύ Μετάλλου και Σκουριάς, 11.4. ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΥΨΙΚΑΜΙΝΟΥ
  12. 12.1. ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΧΥΤΟΣΙΔΗΡΟΥ ΕΚΤΟΣ ΤΗΣ ΥΨΙΚΑΜΙΝΟΥ
    12.2. ΧΑΛΥΒΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΧΥΤΟΣΙΔΗΡΟΥ ΣΕ ΜΕΤΑΛΛΑΚΤΗ ΟΞΥΓΟΝΟΥ
  13. 13.1. ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΧΑΛΥΒΑ ΣΕ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΚΑΜΙΝΟ ΤΟΞΟΥ
    13.2. ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΧΑΛΥΒΑ ΣΕ ΚΑΜΙΝΟ ΠΛΑΣΜΑΤΟΣ