Основные химические производства. Производства металлов

Производство  чугуна.

Чугун-это  сплав железа с  углеродом и другими  примесями (кремнием, марганцем, фосфором, серой)Массовая доля углерода в чугуне  превышает 1,7%.Его выплавляют в доменных печах, в неё загружают шихту-смесь сырьевых материалов, которая состоит из железной руды, топлива и флюсов. В качестве топлива чаще всего используют металлургический кокс.

              Сначала сгорает  кокс, образуя оксид  углерода (4).При этом  развивается высокая температура, поскольку сгорание кокса -экзотермическая реакция: 

Образовавшийся  оксид углерода(4) проходит через раскаленный  кокс ,и поглощая теплоту, восстанавливается  до оксида углерода (2): 

Оксид при высокой температуре  легко восстанавливает  железо. 

Образуется  металлическое железо (губчатое) в твердом состоянии. Оно постепенно опускается в более горячую часть печи, поглощает углерод и другие элементы, образуя чугун. 

Чугун плавится и стекает  в горн.

В доменную печь вместе с рудой попадает и пустая порода, содержащая SìО2 и другие вещества. Все эти примеси - тугоплавки и могут закупорить печь. Чтобы удалить их из печи, переводят их в легкоплавкие соединения(шлак), с помощью флюсов. 

Образовавшийся  оксид кальция  СаО взаимодействует  с тугоплавкими оксидами, содержащимися в шихте, и переводит их в легкоплавкий шлак, например: 

Чугун и шлак собираются в нижней части  доменной печи-горне. Их периодически выпускают из печи.

Из  чугуна отливают различные  изделия, детали сложной  конфигурации.

Чугун имеет особенность: при затвердевании он не сжимается, а расширяется.

Чугун, применяемый для  отливки изделий, называется литейным. Из литейного чугуна изготавливают станины  машин, маховые колеса, плиты, решетки, художественные изделия.

Производство  стали.

Сталь-это ковкий сплав железа с углеродом и другими примесями (металлами, неметаллами).Массовая доля углерода в стали не превышает 1,7 %.

Сталь получают из чугуна и железного лома.

Процесс выплавки стали принципиально  отличается от доменного  процесса: 

Доменный  процесс-это процесс восстановления, а выплавка стали- процесс окисления, цель которого –уменьшить  содержание  углерода и других примесей путем их окисления в массе металла. При этом происходит сложные процессы.

Кислород, содержащийся в руде и поступающий с воздухом в печь для сжигания топлива, окисляет углерод и значительное количество железа:

2С+О2=2СО 

2Fe+O2=2FeO

Образовавшийся  оксид железа FeO, а также оксиды железа, содержащиеся в металлоломе, при высокой температуре взаимодействуют с кремнием, марганцем, и другими примесями ,содержащимися в чугуне: 
 
 
 
 
 

Образовавшиеся  оксиды взаимодействуют  с флюсами, добавляемыми в печь в процессе выплавки стали, и  образуют шлаки. Для удаления оксида железа (2),еще остающегося в стали, в расплавленную сталь добавляют раскислители (марганец, ванадий титан)

Оксиды, образующиеся при  этом, переходят в  шлак.

В процессе получения  сталей в них вводят легирующие добавки, используя для  этого кобальт, ванадий, хром ,вольфрам, титан  и др.)Это дает возможность получать стали с повышенной прочностью ,коррозионной стойкостью, с повышенной изностойкостью.

Используют  несколько способов выплавки стали:

• Кислородно-конвертерный
• Мартеновский

1. При кислородно-конвертерном способе кислород продувают сквозь расплавленный чугун в специальных аппаратах-конвертерах. Это высокопроизводительный способ, позволяющий получать сталь высокого качества.

2. При мартеновском способе кислород или воздух пропускают над расплавленным чугуном. При этом окисляется поверхностный слой железа. Однако этот способ менее экономичный, чем  конвертерный. Поэтому  в последнее время Производство этим способом сокращается.
3. При электротермическом способе, известном с 1880 г., в качестве сырья чаще всего используется металлом, к которому добавляют немного чугуна. Окисление углерода, фосфора и других примесей осуществляется в основном также кислородом и оксидами железа, содержащимися в металлоломе. Электропечи дают возможность достигать более высокой температуры расплава, чем другие печи, поэтому данный способ чаще всего применяют для получения сталей, легированных тугоплавкими металлами.