загрузка...
Loading...

Хімія - універсальний довідник

ХІМІЯ МЕТАЛІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

 

ВИРОБНИЦТВО ЧАВУНУ І СТАЛІ

 

Сировиною для одержання заліза є залізні руди, основою яких можуть бути оксид феруму (III) (червоний залізняк) або ферит феруму (II) Fе3O4 (магнітний залізняк, або магнетит, від чого походить назва явища магнетизму).

Щоб одержати металічне залізо, його треба відновити. З огляду на величезні масштаби виробництва заліза (у світі його виробляється понад 500 млн. т щорічно), відновник повинен бути доступним і досить дешевим. Такими властивостями володіє вуглець у вигляді коксу.

У сучасній технології використовується кокс, але безпосереднім відновником виступає, в основному, оксид карбону (II):

 

Процес відновлення проводять у спеціальних вертикальних печах, які називаються доменними, висотою до декількох десятків метрів і внутрішнім об’ємом (у найбільших) до 5 тис. м . Продуктивність доменних печей сягає 4 млн. т металу на рік.

Розглянемо основні хімічні реакції, що протікають у доменній печі.

Під час взаємодії коксу з киснем повітря відбувається екзотермічна реакція, що забезпечує енергією всі інші процеси:

При цьому розвивається температура, вища 1600 °С, — вища температури плавлення заліза. Саме для інтенсифікації (прискорення) цієї реакції підігрівають повітря, яке подається у домну, або збагачують його киснем.

Далі вуглекислий газ відновлюється надлишком коксу:

і оксид карбону, що утворився, відновлює залізо.

Стикаючись із вуглецем, рідке залізо розчиняє його, в результаті утворюється сплав заліза з достатньо великим вмістом вуглецю — чавун.

Основною домішкою до оксидів феруму в руді є пісок SiO2. Ця тугоплавка речовина залишається твердою при температурах, що розвиваються всередині доменної печі. Щоб перетворити його в більш легкоплавку сполуку — шлак, в шихту вводять вапняк. Відбувається реакція:

Рідкий силікат кальцію, що утворився (разом з іншими неметалічними домішками), є рідиною з меншою густиною, ніж чавун. У доменній печі, таким чином, утворюється два рідких шари, що дає можливість виводити з неї почергово рідкі чавун і шлак.

Одержаний у доменному процесі чавун — твердий, але крихкий матеріал, з нього виготовляють деталі, що не піддаються ударам у процесі експлуатації (махові колеса, станини й ін.).

Значно вища потреба народного господарства у сталі. В неї і переробляється основна кількість виробленого чавуну.

Сталь відрізняється від чавуну меншим вмістом вуглецю. У чавуні він складає 6% , а в сталі — не перевищує 2%. Для видалення надлишкового вуглецю його окислюють, додаючи до чавуну залізний брухт (завжди іржавий) і продуваючи через розплавлений чавун або над ним повітря, збагачене киснем. Одночасно з видаленням вуглецю у розплав вводять домішки інших металів для одержання сталей різного призначення.






загрузка...
загрузка...