Μεταλλουργία Σιδήρου Ι Μεταλλουργικές σκωρίες - mattes Δρ. Άνθιμος Ξενίδης Εργαστήριο Μεταλλουργίας ΕΜΠ

Γενικά χαρακτηριστικά Σκωρίες: Ειδική φάση που εμφανίζεται στην πυρομεταλλουργική διεργασία τήξης Αποτελείται Διάλυμα οξειδίων Περιέχει και θειούχες, αλογονούχες ενώσεις και μέταλλο Ξεχωριστή φάση Σε σχέση με τη μεταλλική φάση Σε σχέση με τη matte Ελαφρύτερη από Μεταλλική φάση (ε.β. σκωρίας 3-4, χάλυβα-χυτοσιδήρου 7-8 g/cm3) Matte (περ. 5,5 g/cm3) Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Γενικά χαρακτηριστικά Σκωρίες: Συγκεντρώνουν Στείρα του μεταλλεύματος Τα μη αναγόμενα οξείδια που δημιουργούνται κατά την οξείδωση των προσμίξεων κατά τον πυρομεταλλουργικό καθαρισμό αργού μετάλλου εμπλουτισμό κράματος μεταλλαγή matte Θειούχες ενώσεις, που μεταφέρουν το S από την πρώτη ύλη ή το καύσιμο Συλλιπάσματα Μικρές ποσότητες μετάλλου Διαλυτότητα (χημική απώλεια) Μηχανικό συμπαρασυρμό (μηχανική απώλεια) Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Γενικά χαρακτηριστικά σκωριών Άλλα χαρακτηριστικά Προστατεύει την υποκείμενη ρευστή φάση (μεταλλική ή matte) από την οξείδωση Περιορίζει τις θερμικές απώλειες Εξυπηρετεί και θερμαντικούς σκοπούς (π.χ. Η/Κ τόξου) Ιδιότητες Φυσικές Σημείο τήξης Ιξώδες Ειδικό βάρος, … Χημικές Δείκτης βασικότητας Θειοχωρητικότητα Οξειδωτική ή αναγωγική ικανότητα Διαλυτική ικανότητα Θερμοδυναμικές Θερμοδυναμική ενεργότητα κάποιου συστατικού Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Γενικά χαρακτηριστικά σκωριών Διαχείριση σκωριών Ανακύκλωση (όταν έχουν αξιόλογη ποσότητα μετάλλου) Σκωρίες χαλυβοποίησης επιστρέφουν στην υψικάμινο Ανακύκλωση σε άλλες μεταλλουργίες για ανάκτηση μετάλλων (σκωρίες που περιέχουν V, Cu, Ni, Zn …) Επαναχρησιμοποίηση Οδοποιία ως πληρωτικά υλικά Οδοποιία ως αντιολισθητικό τάπητα Υλικά αμμοβολής Σε άλλες βιομηχανίες (π.χ. τσιμέντα) Απόρριψη σε ελεύθερη περιοχή Χοντρόκοκκες Διοχέτευση μέσα σε μεγάλο όγκο ψυχρού νερού Θρυμματισμός Απόθεση Στη στεριά Στη θάλασσα Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Ιδιότητες σκωριών – Χημικές Σύσταση σκωριών Οξείδια Βασικά οξείδια (δότες ιόντων οξυγόνου) CaO, MgO, MnO, FeO ΜΟ ↔ Μ2+ + Ο2- Όξινα οξείδια SiO2, P2O5 SiΟ2 + 2 Ο2- ↔ SiO44- Τα όξινα οξείδια έχουν την τάση να πολυμερίζονται δίδοντας πολυμερισμένα ανιόντα πυριτίου π.χ. SiO44- + SiO44- ↔ Si2O76- + Ο2- Επαμφοτερίζοντα Al2O3 συμπεριφέρνονται σαν βασικά σε όξινο περιβάλλον Al2Ο3 ↔ 2 Al3+ + 3 Ο2- και σαν όξινα σε βασικό περιβάλλον Al2Ο3 + Ο2- ↔ Al2Ο42- ή 2AlO2- Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Ιδιότητες σκωριών – Χημικές Τρεις κορυφές: τρία διαφορετικά οξείδια Συνήθως: CaO-SiO2-Al2O3 Μεταβολή μιας ιδιότητας σε συνάρτηση με τη συγκέντρωση των τριών οξειδίων Αν περιέχει η σκωρία περισσότερα από τρία οξείδια, επιλέγονται τα τρία κύρια και διάφορες στάθμες για το τέταρτο οξείδιο Αν τα οξείδια έχουν ίδια απόκριση σε μια ιδιότητα μπορούν να συμπτυχθούν Χαρακτηριστικές καμπύλες: ισοθερμοκρασιακές, ισόκομες (σταθερού ιξώδους), ίσης ενεργότητας κλπ Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Ιδιότητες σκωριών – Χημικές Χημικός χαρακτήρας – Δείκτης βασικότητας Δείκτης βασικότητας i > 1 : Βασική σκωρία i < 1 : Όξινη σκωρία Λαμβάνονται τα ισοδύναμα βάρη ως προς CaO και SiO2 Ισοδ. Βάρος MgO = Βάρος MgO*M.B.CaO/M.B.MgO Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Ιδιότητες σκωριών – Χημικές Επαμφοτερερίζοντα οξείδια (Al2O3) Συχνά θεωρείται ουδέτερο και δεν εμφανίζεται στο δείκτη βασικότητας, ή Προστίθεται στον αριθμητή ή παρονομαστή ανάλογα με την περιεκτικότητα του: > 18% Βασικό 15 – 18 % Ουδέτερο < 15% Όξινο Ο όξινος ή βασικός χαρακτήρας της σκωρίας είναι πολύ σημαντικός και επηρεάζει τις αντιδράσεις που λαμβάνουν χώραν σε αυτήν Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Ιδιότητες σκωριών – Χημικές Διαβρωτική ικανότης Εξαρτάται από τη σύσταση της σκωρίας Βασική σκωρία: Καταστρέφει τις όξινες επενδύσεις Όξινη σκωρία: Καταστρέφει τις βασικές επενδύσεις Πλούσιες σε FeO σκωρίες Μεγάλη διαβρωτική ικανότητα σε όξινα πυρίμαχα (πυριτικά ή αργιλοπυριτικά) Μικρότερη αλλά σημαντική διάβρωση βασικών επενδύσεων (εξαρτάται και από τη θερμοκρασία) Συνήθως αντιμετωπίζεται το πρόβλημα με δημιουργία αυτεπένδυσης (ψύξη τοιχώματος – πήξη υλικού – απώλειες θερμότητας – αύξηση μεγέθους καμίνου) Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Ιδιότητες σκωριών – Χημικές Διαλυτική ικανότης Πολύ σημαντική παράμετρος για Παραγωγή καθαρού μετάλλου Καθαρισμό αργού μετάλλου Όταν επιθυμείται η μετατροπή ανεπιθύμητων προσμίξεων / καθαρσιών σε ενώσεις διαλυτές στη σκουριά Συνάρτηση της σύστασης και θερμοκρασίας Παράδειγμα: Αποθείωση του σιδήρου: [FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO) Μεταλλουργία Pb: Η σκωρία πρέπει να έχει μεγάλη ικανότητα διάλυσης ZnO Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Ιδιότητες σκωριών – Φυσικές Σημείο τήξεως Πολύ σημαντική παράμετρος: καθορίζεται η θερμοκρασία λειτουργίας της καμίνου, κάτι που επηρεάζει την Πορεία των χημικών αντιδράσεων Κατανάλωση ενέργειας Προσδιορισμός Δυσχερής: Οι σκωρίες τήκονται βαθμιαία μεταβαίνοντας από μια ημιρρευστή κατάσταση Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Ιδιότητες σκωριών – Φυσικές Σημείο τήξης Άμεσος προσδιορισμός με χρήση πυρομετρικών κώνων Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Ιδιότητες σκωριών – Φυσικές Ρευστότητα - ιξώδες Υψηλό ιξώδες  Ατελής διαχωρισμός φάσεων Κακή ροή σκουριάς Ιξώδες = f(T) Βραχεία – Μακρά σκωρία Όξινες σκωρίες = μακρές Βασικές σκωρίες = βραχείες Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Ιδιότητες σκωριών – Φυσικές Ρευστότητα - ιξώδες Υψηλό ιξώδες  Ατελής διαχωρισμός φάσεων Κακή ροή σκουριάς Ιξώδες = f(T) Βραχεία – Μακρά σκωρία Όξινες σκωρίες = μακρές Βασικές σκωρίες = βραχείες Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Ιδιότητες σκωριών – Φυσικές Ρύθμιση ιξώδους με την προσθήκη συλλιπασμάτων Καταστροφή γεφυρών οξυγόνου Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Γεωσκωρίες CaO-SiO2-Al2O3 Σκωρίες που λαμβάνονται κατά την αναγωγική τήξη για παραγωγή Fe σε Υ/Κ ή Η/Κ CaO+SiO2+Al2O3 > 90% Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Γεωσκωρίες CaO-SiO2-Al2O3 Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Γεωσκωρίες CaO-SiO2-Al2O3 Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Γεωσκωρίες CaO-SiO2-Al2O3 Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Γεωσκωρίες CaO-SiO2-Al2O3 Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Σιδηροσκωρίες CaO-SiO2-FeO Δευτερεύοντα οξείδια: MgO, Al2O3, ZnO Ζώνη μέγιστης ευτηκτότητας: πλαισιώνει τον ορθοπυριτικό σίδηρο (2FeO.SiO2) (σε σύγκριση με το μεταπυριτικό ασβέστιο (CaO.SiO2)) Θερμοκρασία τήξης χαμηλότερη κατά 250-300οC Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Σιδηροσκωρίες CaO-SiO2-FeO Ζώνη μέγιστης ευτηκτικότητας για FeO/CaO > 1 Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Σιδηροσκωρίες CaO-SiO2-FeO Δεν υπάρχει διαφορά μεταξύ FeO και CaO Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Υπολγογισμός ποσότητας συλλιπάσματος Α’ περίπτωση Γραμμή ΜF διέρχεται από σημείο λ Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ

Υπολγογισμός ποσότητας συλλιπάσματος Β’ περίπτωση Εξ. Μεταλλουργία ΙΙ