Химия /
ПРИЛОЖЕНИЕ (краткое изложение)
ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА
Сырье: железная руда.
Вспомогательные материалы: кокс (иногда природный газ), воз¬дух, обогащенный кислоро-дом, флюсы (известняк, доломит).
Основной химический процесс: содержащийся в руде оксид же¬леза (III) восстанавливается ок-сидом углерода (II):
Кокс сгорает до оксида углерода (IV), при этом выделяется теп¬лота, необходимая для расплав-ления железа, шлаков, а также про¬ведения самой реакции:
Оксид углерода (IV) восстанавливается коксом до оксида угле¬рода (II):
Побочные процессы: одновременно восстанавливаются оксиды других элементов, содержа-щихся в железной руде:
Содержащаяся в руде тугоплавкая примесь (оксид кремния) удаляется в виде шлака взаимодей-ствием с оксидом кальция:
Оксид кальция образуется при разложении известняка или доло¬мита:
Особенности технологического процесса: чугун получают в специ¬альных печах — домнах. В верхнюю часть домны (колошник) по¬дают последовательно сырье и вспомогательные материалы, в нижнюю (горн) продувают противотоком воздух, предварительно нагретый в ре¬генераторе за счет сжигания колошникового газа. Произ¬водство непрерывное (однако засыпание шихты и выпуск чугу-на производятся периодически), используются теплота реакции и прин¬цип противотока.
Основной продукт: чугун.
Состав: сплав железа, содержащий более 2,5% С; 0,3—5% Si; до 1% Mn; 0,1% S и 0,2% Р, ино-гда легирующие металлы (Аl, Сr, Ni и др.).
Свойства: самый дешевый металлический материал, обладает хо¬рошими литейными и анти-фрикционными свойствами, износостой¬костью, способностью гасить вибрации. Различают пере-дельный, ли¬тейный и легированный чугун. Легированный чугун отличается жаро¬стойкостью и кор-розионной стойкостью.
Применение: передельный чугун — для производства стали; ли¬тейный — для изготовления поршней, цилиндров, тормозных бара¬банов, шестерен, деталей автомобилей (задний мост, картер, ступицы и др.); легированный — для изготовления дверец мартеновских пе¬чей, колосников, деталей паровых котлов, печной арматуры, футе¬рованных плит, газотурбинных установок.
Побочные продукты: шлак, колошниковый газ.
Утилизация побочных продуктов: шлак используют при произ¬водстве гравия, щебня, цемен-та, шлаковой ваты, колошниковый газ — для обогрева воздухонагревателей.
ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ
Сырье: чугун, металлолом, оксиды железа.
Вспомогательные материалы: воздух, обогащенный кислородом, добавки (например, оксид кальция, ферромарганец).
Основной химический процесс: содержащиеся в жидком чугуне элементы (углерод, кремний, марганец, фосфор и сера) окисляются кислородом:
Образовавшийся оксид железа (II) тоже принимает участие в окис¬лении примесей:
Оксиды кремния и фосфора с известью образуют шлак:
Побочные процессы: для удаления образующегося оксида желе¬за (II) добавляют ферромарга-нец (так называемый раскислитель):
Оксид марганца (II) переходит в шлак:
Особенности технологического процесса:
1) кислородно-конвертор¬ный способ. Окисление примесей проводят в специальных аппара-тах— конверторах продуванием воздуха через расплавленный чугун (ниж¬нее дутье) или кислорода над расплавом (верхнее дутье);
2) марте¬новский способ. Примеси окисляют в мартеновских печах, пропус¬кая предварительно нагретый в регенераторах воздух и топочные газы над расплавленным чугуном. Производство пе-риодическое.
Основной продукт: сталь.
Состав: сплав железа, содержащий менее 2% С, 0,35% Si, 0,6% Mn, 0,06% S, 0,07% Р, леги-рующие металлы (Со, Cr, Ni, W, A1 и др.).
Свойства: высокая прочность, пластичность, свариваемость, жаро¬стойкость, износостойкость.
Применение: конструкционные материалы, в строительстве, произ¬водстве труб для газо- и нефтепроводов, деталей машин и меха¬низмов (оси, шестерни, пружины, коленчатые валы), аппаратов и деталей в химическом машиностроении.
Побочные продукты: шлак, отходящий газ.
Утилизация побочных продуктов: шлак, содержащий фосфор, используют в качестве мине-ральных удобрений.
Новейшим направлением в производстве стали является прямое восстановление железной руды водородом, природным или генератор¬ным газом, минуя доменные процессы. При этом получают губчатое железо, состав которого в отличие от доменного чугуна очень близок к стали. Мартенов-ский способ в настоящее время также устарел. Гораздо более прогрессивными являются конвертор-ный и электроплавильный. Происходит бурное развитие технологии непрерывной разливки стали благодаря ее исключительно высокой эффективности. Основными на¬правлениями экономического и социального развития до 2000 г. пре¬дусмотрено увеличить выплавку конверторной стали и электро-ста¬ли в 1,3—1,4 раза, разливку стали непрерывным способом не ме¬нее чем в 2 раза и выпуск метал-лических порошков более чем в 3 раза.