Konstrukcija i energetika metaluških peći i uređaja pretstavlja osnov za realizaciju većine tehnoloških procesa u metalurgiji, jer se najveći deo metala dobija na osnovu pirometalurških procesa. Dalja prerada i termička obrada proizvedenih metala i legura takođe zahteva peći i uređaje koji su prilagođeni procesima koji se odvijaju na visokim temperaturama.  

Iskorišćenje toplote iz goriva je osnov ekonomičnosti tehnoloških procesa. Energetski uređaji za potpunije iskorišćenje toplote su zbog toga sastavni deo uređaja koji čine metalurška postrojenja. Usavršavanje tehnoloških procesa je uslovljeno razvojem toplotne tehnike i konstrukcije peći. U tom pogledu postoje velike mogućnosti, čije iskorišćenje zavisi od poznavanja i razvoja ove oblasti u metalurgiji,  kao i primene savremenih materijala.

 I.2. GORIVA U METALURGIJI

Goriva pretstavljaju jedan od najvažnijih potrošnih materijala u metalurgiji. Ona pretstavljaju izvor toplotne energije, koja služi za povećanje toplote reagujućih sistema u metalurškim procesima. Goriva se mogu naći u prirodi u raznim oblicima. Goriva koja se nalaze u prirodi nisu uvek u obliku koji je podesan za dalju primenu goriva. Zbog toga je uobičajeno da se priodna goriva podvrgavaju raznim načinima prerade, i prevode se u veštačka goriva, koja se onda koriste pri mnogo povoljnijim uslovima. Izbor goriva i način njihovog korišćenja zavisi pre svega od prirode metalurškog procesa i konstrukcije peći ili uređaja za proces. Od vrste goriva zavisi i izvođenje i ekonomičnost tih procesa. Zbog toga je poznavanje goriva i njihovih svojstava sastavni deo nauke koja se bavi dobijanjem i preradom metalnih materijala.

Goriva i njihova podela

Goriva u pravom smislu te reči su pomoćne materije koje sagorevaju da bi se tom prilikom proizvedena tolota predala nekom drugom procesu. U metalurgiji se vrši prenos oslobođene toplote iz goriva na materijal u procesima dobijanja, rafinacije, obrade i prerade metala i legura. Pri tome toplota služi za povišenje temperature radi odvijanja egzotermnih i endotermnih reakcija, procesa topljenja i isparavanja, kao i radi odvijanja potrebnih hemijskih i fizičkih procesa, koji se odigravaju u zagrejanom materijalu. Ova goriva su organskog porekla, a oslobađaju toplotu oksidacijom gorivog dela, koji uglavnom sačinjavaju: ugljenik, vodonik i njihova jedinjenja (ugljovodonici).

Glavno svojstvo goriva je njegova toplotna vrednost. Ona pretstavlja količinu toplote koja se oslobodi potpunim sagorevanjem određene količine nekog goriva i iražava se kJ/kg ukoliko je reč o čvrstim ili tečnim gorivima ili kJ/m3 ukoliko je reč o gasovitim gorivima. Gorivo se upotrebljava u stanju u kojem se dobija iz prirodnih ležišta ili se prethodno oplemenjuje. Po tome se goriva mogu podeliti na prirodna i veštačka. Prirodna goriva se pre upotrebe mogu pripremiti mehaničkim putem, bez promene sastava, odnosno mogu se podvrći mehaničkoj preradi kao što su: sortiranje, drobljenje, pranje i filtriranje i briketiranje.

U prirodna goriva spadaju:

- drvo,

- treset,

- ugalj,

- nafta i

- prirodni gas.

Veštačka goriva se dobijaju iz prirodnih. U veštačka goriva ubrajamo:

-         drveni ugalj (ćumur),

-         polukoks,

-         koks,

-         koksni gas,

-         generatorski gas,

-         ždrelni gas i

-         razne derivate uglja i nafte (benzin, benzol, diel ulje, govivo ulj.).

Drvo

Nekada se drvo koristilo direktno ili preko drvenog uglja (ćumura) za dobijanje i obradu metala. To je dovelo do nekontrolisane seče suma, naročito u rudarskim oblastima. Danas drvo kao gorivo u industriji, a posebno u metalurgiji ima veoma ograničenu primenu.

Drvo se satoji od celuloze (C6H10O5) , lignina, smole, bleančevina i soli. Prosečan sastav drveta je:

Vodonik, kiseonik i azot su vezani sa jednim delom ugljenika u razna ugljovodonična jedninjenja. Drvo se sastoji od oko 75 % isparljivih sastojaka, dok se sadržaj pepela kreće od 1-3 % i to u teško topivom obliku. Sadržaj vode u svežem drvetu je visok, može se kretati u granicama od 20-60 %, a u drvetu osušenom na vazduhu procenat vlage je moguće smanjiti na oko 10-25 %. Vezana voda se oslobađa na oko 140 °C. Prema tvrdoći, drvo se deli na tvrdo i meko. U tvrda spadaju: hrast, bukva, jasen i grab; a u meka: četinari, lipa i vrba.

I.3.2. Veštačka čvrsta goriva

Drveni ugalj/ćumur- je odlično redukciono sredstvo i zaštita protiv oksidacije, ali ima u metalurgiji sasvim ograničenu primenu zbog visoke cene. Toplotna moć drvenog uglja je od 25.000 – 35.000 kJ/kg. Njegova nasipna gustina je od 130 – 220 kg/m3, ona je niža za drveni ugalj dobijen iz mekog drveta, a veća za ovaj iz tvrdog drveta.

Drveni ugalj /ćumur/ se dobija na dva načina:

- nepotpunim sagorevanjem drveta u ugljarnicama i

- destilacijom drveta u retorti.

Prvi način je star koliko i kovačka vatra. Iskorišćenje drvene mase pri tome iznosi do 30 %, jer jedan deo sagori za dobijanje potrebne toplote za proces ugljenisanja. Ipak, ovaj način dobijanja drvenog uglja se održao do danas, jer daje odličan "crni ćumur", koji je krupan, čvrst i otporan na habanje. On sadrži od 80 – 90 % C, 2 – 3 % H, 5 – 7 % (O + N) i od 2 – 4 % pepela.

Destilacijom drveta u retortama se dobija "crveni ćumur" i isparljivi sastojci u obliku katrana i sirćetne kiseline. Ugljenisanje drveta ovim putem se vrši pri relativno niskoj temeperaturi (140 ºC) da se ne bi razložili isparljivi sastojci. Stoga je crveni ćumur slabijeg kvaliteta od crnog ćumura. Sadržaj ugljenika iznosi svega 65 %. Iskorišćenje drvene mase je u ovom slučaju oko 50 %.

Primena ćumura:

-         metalurgija, kao gorivo ili reducent  (redukciono sredstvo)

-         nekada je bio sastavni deo za proizvodnju baruta

-         kao filter ukoliko se koristi aktivni ćumur

-         u umetnosti, za crtanje – štapići od grafita

-         hortikultura

-         medicina- za probleme vezane za gastritis

Poređenje sastava drveta i ćumura

Ćumur posle nepotpunog sagorevanja

” Postrojenje” za dobijanje ćumura-nekada

Postrojenje za dobijanje ćumura danas