Що важливо знати
Виготовлення заліза з залізної руди відбувається в два етапи. Воно починається з підготовки руди-модельації і нагрівання. Зерна розтирають на шматки діаметром не більше 10 сантиметрів. Потім русла прокачують для виривання води та кажанів.
На другому етапі залізну руду відновлюють до заліза за допомогою окису вуглецю в доменній печі. Відновлення відбувається під час температури 700 °С:
Щоб збільшити виведення заліза, цей процес відбувається в умовах надмірного вуглекислого газу з вуглекислим газом 2.
У печі з кокса й повітря утворюється монооксид вуглецю. Повітря спочатку нагріває приблизно 600 °С і нагне в піч через особливу трубу- фурму. Кокс згорає в гарячому сжаті повітря, утворюючи вуглекислий газ. Ця реакція екзотермінуста і викликає підвищення температури понад 1700 градусів C:
Діоксид вуглецю піднімається вгору у печі і реагує з новими порціями кокса, утворюючи моноксид вуглецю. Ця реакція ендотермінічна:
Шлуночки, що утворюються при відновленні руди, забруднені приместями піску та глінозему (див. - Ні. Щоб їх видалити, до печі додають вапняк. Під час температури, що існує в печі, вапняк розкладається з утворенням оксиду кальцію та вуглекислого газу:
Оксид кальцію сполучається з примеслами, утворюючи шлак. Шлак містить силику кальцію і алюмінат кальцію:
Залізницю плавиться при 1540 °С. Розпалене залізо разом з розтопленим шлангом стікають до нижніх частин печі. Шлак, який розплавлений, плаває на поверхні розплавленого заліза. На кожному шарі кожної печі випускають періодичні печі.
Доменна піч працює кругло, в безперервному режимі. Для добування їжі використовують залізну руду, кокс і вапняк. Їх постійно занурюють у піч через верхню частину. Залізницю випускають з печі чотири рази на добу, через рівні проміжки часу. Воно виливається з розжареного потоку при температурі 1500 ° C. Доменні печі бувають різною величиною і продуктивності (1000-3000 т на добу). У США є декілька нових пічок з чотирма випускними отворами і безперервним виробом розплавленого заліза. Такі печі мають продуктивність до 10 000 т на добу.
Шлункові пласти, виплавлені в печі, розливають у піщані поклади. Таке залізо називається чугун. Вміст заліза в чугуні становить близько 95%. Чугун — це тверда, але крихка речовина, яка нагрівається приблизно 1200 градусів за Цельсієм.
Літе залізо отримують, сплавлюючи суміш чугуна, металобрухту і стаючи з коксом. Розплавлений залізо розливають у форми і охолоджують.
Сваркове залізо — це найчистіша форма технічного заліза. Його отримують, нагріваючи неочищене залізо з гематитом і вапняком у плавильній печі. Це підвищує чистоту заліза приблизно до 99,5%. Його температура плавлення підвищується до 1400 °С. Сваркове залізо має велику міцність, ковкість і ковдрість. Однак для багатьох його замінюють низьковуглецевою стальою (див. нижче).
Хімічні реакції під час виплавки чугуна з залізної руди
У основі виробництва чугуна лежить процес відновлення заліза з його окислів окислю вуглецю.
Відомо, що окис вуглецю можна отримати, діючи киснем повітря на розгаряснений кокс. При цьому утворюється вуглекислий газ, який при високій температурі відновлюється в чадному окисі вуглецю вуглецю:
З заліза з окису заліза відбувається поступово. Спочатку окис заліза відновлюється до закисі-окіси заліза:
І, нарешті, з закиси заліза відновлюється залізо:
Швидкість цих реакцій зростає з підвищенням температури, з збільшенням в руді вмісту заліза і з зменшенням розміру кусків руди. Тому процес відбувається при високій температурі, а руду заздалегідь збагачують, розтирають, а шматки сортують за розміром: у шматках однакової величини відновлення заліза відбувається за один і той же час. Оптимальні розміри кусків руди і кокса від 4 до 8-10см.Малу руду попередньо печуть (акульмелюють) шляхом нагрівання до температури. При цьому з руди видаляється більша частина сірки.
Залізнезо майже повністю відновлюється окис вуглецю. Одночасно відновлюється кремній і марганець. Виконуваний залізо утворює сплав з вуглецьом кокса. кремнієм, марганцем, і сполуками, сірками і фосфором. Цей сплав-рідкий чугун. Температура плавлення чугуна значно нижча від температури плавлення чистого заліза.
Порожня порода і золото також повинні бути розплавлені. Для зниження температури плавлення в склад “плавільних ” матеріалів вводяться, окрім руди і кокса, флюси (плавні) - здебільшого вапняк Сассо 3 і доломітує CCO 3× МgСО 3. Продукти розкладання флюсів під час нагрівання утворюють речовини, які входять до складу порожньої породи та золи, зв'язки з низькими температурами плавлення, зокрема, силикати та алюмосилика кальцію та магнію, наприклад, 2CaO нафто на 2 O 3x SiO 2, 2CaO xmg0 на 2.
Хімічні складники сировини, які надходять на переробку, іноді вагаються у широкому просторі. Щоб вести процес при постійніх і найкращих умовах, сировина » є ключовою складовою, тобто. О, ох. Змішують руди різних хімічних складників у певних вагах і отримують суміші постійного складу. Маленькі руди печуть разом з флюсами, отримуючи « аглумератболатівболатівболатівболатболом. Застосування офлюсованого акупунктурату дає змогу значно пришвидшити процес.
Виробництво сталі
Практичні пояснення
Стали поділяються на два типи.Густий сталевиймістить до 1,5% вуглецю.Бульбашкимістять не тільки невелику кількість вуглецю, але також спеціальні домішки (додавання) інших металів. Нижче наведено кілька прикладів стайей, їх властивостей і застосування.
Кислородно-конвертерний процес. В останні десятиліття виробництво стало революціонізованим в результаті створення киснево-конвертного процесу (також відомого як процес Лінца-Донавіца). Цей процес почав застосовуватися в 1953 році. на сталеплавних заводах в австрійських металургічних центрах-Лінце і Донавіці.
У кисневому процесі використовується кисневий конвертер з основним футером. Конвертер занурюють у нахилі розплавленої чугуна з плавильної печі та металобрухтової печі, а потім повертає назад у вертикальне положення. Потім в конвертер зверху вводить мідну трубку з водяним охолодженням і через неї на поверхню розплавленого заліза скидають кисень з порошком, який нагадує картонний вапно (СаО). Ця « кіслорідна продувка », яка триває 20 мін, призводить до інтенсивного окислення заліза, і вміст конвертера зберігає рідкий стан завдяки вивільненню енергії під час окислення. З’єднуються оксиди, і вони перетворюються на шлак. Потім мідну трубку випускають і конвертер нахиляють, щоб злити з неї шлак. Після повторного продукування розтоплювальну сталь виливають з конвертера (у похилому положенні) у килим.
Кислородно-конвертний процес використовується переважно для отримання вуглецьстих сталі. Він характеризується великою продуктивністю. За 40-45 мін в одному конвертері можна отримати 300-350 т сталі.
Тепер у Великобританії вже є сталь і більшість сталі, які можна отримати за допомогою цього процесу.
Електросталеплавний процес. Електричні печі використовують переважно для перетворення сталевого та чугуваного металобрухту на високоякісні леговані сталі, наприклад, нержавіючу сталь. Електропіч — це круглий басейн, який викладено вогнетривким цеглою. Після відкритої плити піч занурюють у піч, аж поки вони не стануть на контакт з металобрухтами. Після цього включають струм. Між електродами виникає дуга, в якій розвивається температура понад 3000 ° C. За такої температури метал плавиться і утворюється нова сталь. Кожне завантаження печі дає змогу отримати 25-50-50-ті сталі.
Сталь утворюється з чугуну, коли видаляється більша частина вуглецю, кремнію, марганцю, фосфору і сірки. Для цього чавун підхоплюють зливу. Продукти окислення виділяються у газоподібних умовах і в вигляді шланга.
Оскільки концентрація заліза в чугуні значно вища, ніж будь - яка інша речовина, спочатку її сильно окислює залізо. Частина заліза переходить у закис заліза:
Реакція йде з виділенням тепла.
Закисившись заліза, перемішуючись з розплавленим розчином, окислює кремній марганець і вуглець:
Si+2FeO=SiO 2 +2Fe
Перші дві реакції екзотермічні. Особливо гарячими є кремнію.
Фосфор потрапляє в фосфорний ангідрид, який утворює з нього оссла метали, розчинені в шлангі. Але рівень сірки знижується, тому важливо, щоб у продуктах було мало сірки.
Після завершення окислювальних реакцій у рідкому сплаві міститься ще закис заліза, від якої його необхідно звільнити. Крім того, необхідно довести до встановлених норм вміст вуглецю, кремнію та марганцю. Тому під кінець плавки додаються ремісники, наприклад, ферма (сплави заліза з марганцем) та інші так звані « косислювачі ». Марганець реагує на закис заліза і « розкидає » сталевий:
Мп+FеО=МnО+Fe
Переробка чугуна в сталь здійснюється в даний час різними способами. Більш старий, змінений вперше в середині XIX в. є спосіб Бессемера.
Метод Бессемера . Цей спосіб полягає в тому, що чаґуна перемелюється у сталь через розплавлений гарячий чугун. Процес не витрачає пального за рахунок тепла, який виділяється при екзотермічних реакціях кремнію, марганцю та інших елементів.
Процес проводиться в апараті, який називається по прізвища винахідникаконвертером Бессемера. Це ґушля, або сталева посудина, всередині вогнетривкого матеріалу. У дні конвертера є отвори, через які потрапляє в апарат повітря. Аппарат працює періодично. Коли апарат в горизонтальне положення, заливають чугун і подають повітря. Потім він повертає його у вертикальному положенні. Спочатку це відбувається з залізом, кремнієм і марганцем, а потім вуглець. Звиває чадний газ над конвертером яскраво - яскраво - жовто - жовтим полум’ям завдовжки до 8 кілометрів. Полум’я поступово змінюється бурим димом. Почалася горювання заліза. Це означає, що викиди вуглецю закінчуються. Тоді подавання повітря припиняється, конвертер переміщає в горизонтальне положення і вносить розкисювачі.
Процес Бессемера має поруч гідності. Він протікає дуже швидко (впродовж 15 хвилин), тому продуктивність машини велика. Для проведення процесу не потрібно витрачати пальне чи електричну енергію. Але це не все, але тільки окремі сорти чугуна. Крім того, багато заліза в безсемеровому процесі окислюється і втрачається (велик “вгара залоза ”).
У конвертерах Бессемера було зроблено значний прогрес, щоб замість повітря було суміші чистого кисню (““ ” збагаченого повітря ” Towersys), і це дозволяє отримувати вищі якості.
Березневий спосіб. Основним способом перетворення чугуна в сталь є тепер березніновський.Теплу, необхідну для процесу, можна спалювати газоподібне або рідке паливо.Процес отримання був зроблений у печі полум’яної печі, яку називають березні.
Плавільна піч у березні — це ванна, перекрита з вогню цеглою. У передній стінці печі є завантажені вікна, через які завалиті машини загортають у піч. У задній стінці знаходиться отвір для випуску сталі. З обох боків ванни розташовані головки з каналами для підводу палива та повітря і відводу продуктів горювання. Пиво 350 т має довжину 25 м і ширину 7 м.
Мартенова піч працює періодично. Після випуску до гарячої печі завантажили у спеціальні послідовності лами, залізну руду, чугун, а в якості флюсу - вапняку або вапна. Шахта плавиться. При цьому інтенсивно окисляється частина заліза, кремній і марганець. Потім починається період швидкого окислення вуглецю, який називається періодом кіпіння « окису вуглецю », рух бульбашок окису вуглецю через шар розплавленого металу створює враження, що він кипить.