Як отримують чавун? Сплав заліза з якою речовиною дозволяє отримати чавун?
Чавун - широко використовуваний в різних галузях промисловості метал, що відрізняється чудовими експлуатаційними характеристиками. Процес його отримання щодо нескладний і дуже багато кроків в себе не включає. Виплавляють цей матеріал в домнах - особливих печах, що представляють собою щось на зразок збільшеної копії пробірки. Про те, як отримують чавун, і поговоримо далі в усіх подробицях.
Содержание
Гірничо-збагачувальні комбінати
Основною сировиною, використовуваним при виробництві чавуну, є Залізна руда. Видобувають її в кар`єрах в різних місцях нашої країни. Як відомо, видобута руда містить велику кількість різного роду домішок. Використовувати її для плавки чавуну в такому "сиром" вигляді, звичайно ж, не можна. Тому на першому етапі вона надходить на спеціальні підприємства - гірничо-збагачувальні комбінати. Тут з неї видаляють порожні породи і дроблять. Потім вже чисту руду вантажать у вагони складів і відправляють на металургійні комбінати.
процес агломерації
Власне, як отримують чавун, розглянемо трохи нижче. Зараз же поговоримо про те, як готується руда для його виплавки безпосередньо на металургійних виробництвах.
Якщо для переплавки буде використаний звичайний подрібнений матеріал, продуктивність доменної печі різко впаде. Справа в тому, що така шихта має низький ступінь газопроницаемости. Тому перед завантаженням в домну руда в обов`язковому порядку проходить процес агломерації.
Виконується ця процедура в спеціалізованих цехах металургійних комбінатів і являє собою процес спікання породи в шматки певного, найбільш підходящого для виплавки чавуну розміру. Відбувається злипання при високій температурі, достатньої для легкого розплавлення поверхні частинок шихти. В результаті останні просто-напросто склеюються один з одним, утворюючи шматки. При цьому попередньо руда змішується з вугіллям. В результаті горіння останнього і досягається необхідна для отримання шматків температура. Стимулюється процес агломерації шляхом пропускання через шар руди з вугіллям потоків повітря (зверху вниз).
Для отримання агломерату може використовуватися не тільки руда. Іноді його роблять також з невеликих шматків заліза. Його сплав з якою речовиною дозволяє отримати чавун, буде розглянуто нижче. Звичайно ж, для виробництва цього металу використовується не залізо в чушках. Переплавляють на чавун звичайний металобрухт.
Що відбувається в печі
Отже, давайте подивимося, як отримують чавун в домні. Зсередини піч такої конструкції облицьована цеглою. Принцип її роботи щодо простий. При виробництві чавуну, крім агломерату, використовуються кокс, вапно і флюс. Суміш з цих матеріалів готується в певній пропорції. Вона то і називається доменної шихтою. Її насипають в спеціальні підйомники і піднімають на самий верх печі.
Для того щоб кокс загорівся, необхідна велика кількість повітря, збагаченого киснем. Він подається в доменну піч знизу, через спеціальні отвори, звані фурмені. Вдувається він в піч під дуже великим тиском. Це необхідно для того, щоб повітря проник через пласт подається зверху шихти. При цьому попередньо потік підігрівається до 600-800 градусів, інакше температура всередині печі знизиться.
Отриманий при расправлении шихти чавун стікає вниз і з періодичністю приблизно один раз в 40 хв випускається назовні через спеціальний отвір, зване вічком. Далі він переливається в чаші великої місткості і перевозиться в сталеплавильні цехи.
Відновлення та коксування заліза в печі
Все домни працюють за принципом протитечії. При цьому в них по черзі відбуваються такі хімічні процеси:
- Відновлення заліза. Відбувається цей процес послідовно і виглядає так: Fe2O3 - Fe3O4 - FeO - Fe. Як відновлювача в даному випадку виступає оксид вуглецю (CO), що утворюється при взаємодії CO2 з розпеченим коксом, а також твердий вуглець останнього.
- Коксування заліза. Реакція в даному випадку виглядає так: 3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 + Q. Карбід Fe3C легко змішується з твердим залізом, в результаті чого і утворюється сплав останнього з вуглецем. Стікаючи вниз, він омиває шматки коксу і науглероживается ще більше. Крім цього, в ньому розчиняються такі речовини, як марганець, сірка, кремній і т. Д.
Таким чином, стає зрозуміло, доменний метал - це сплав заліза з якою речовиною. Отримати чавун можна просто шляхом науглероживания розплаву шихти.
Відновлення інших елементів
Mn, кремній, сірка і фосфор потрапляють в доменну піч разом з шихтою у вигляді різних хімічних сполук. Вищі оксиди марганцю відновлюються до MnO приблизно за тим же принципом, що і залізо: MnO2 - Mn2O3 - Mn3O4 - MnO. Чистий марганець виділяється так: MnO + C = Mn + CO - Q. Кремній потрапляє в піч у вигляді кремнезему SiO2. Відновлення його відбувається по реакції SiO2 + 2C = Si + 2CO - Q.
Фосфор відновлюється воднем, твердим вуглецем і CO і, на жаль, переходить в чавун практично повністю. Цей елемент погіршує доменний сплав заліза. Дозволяє отримати чавун хорошої якості присутній в шихті кремнезем, а також вищі оксиди марганцю. Mn в деяких випадках додається в домну спеціально. При цьому виходить особливий вид чавуну - марганцевий.
видалення сірки
Питання про те, як отримати чавун хорошої якості, зводиться в тому числі і до очищення його від цього небажаного елементу. Сірка є основною шкідливою домішкою, значно погіршує властивості кінцевого продукту виплавки. Основне її кількість міститься в коксі. Видаляють сірку шляхом підвищення вмісту в шихті вапна (CaO) і збільшення температури в горні. Реакція в даному випадку виглядає так: FeS + CaO = FeO + CaO + Q. Для зниження відсотка вмісту сірки в чавуні можуть використовуватися і інші способи. Наприклад, іноді вже виплавлений матеріал обробляється в випускному жолобі або чаші з содою. При цьому видалення сірки відбувається в результаті реакції FeS + NaCO3 = FeO + Na2S + CO2.
Освіта шлаку
Таким чином, ми з вами з`ясували, як отримують чавун. Однак при виплавці цього матеріалу виходить і ще один, широко використовуваний в народному господарстві продукт. При плавці 1 т чавуну виходить 0,6 т шлаку. Справа в тому, що навіть в очищеної залізній руді міститься досить-таки велика кількість глини. До складу коксу ж входить зола. Для видалення цих непотрібних елементів до шихті, крім усього іншого, домішують флюси (карбонати кальцію і магнію). У процесі плавки вони вступають в хімічну реакцію з різного роду домішками, в результаті чого і утворюється шлак. Представляє він собою алюмосилікатний або силікатний розплав.
Щільність шлаку менше, ніж рідкого чавуну. Тому в процесі плавки він розташовується під ним. Видаляють його періодично через окрему річку, звану шлаковой. Використовується цей побічний продукт чавуноливарного виробництва в основному для виготовлення цементу і будівельних блоків в якості наповнювача.
види чавуну
Як бачите, питання про те, як отримати чавун в домні, щодо нескладний. В кінцевому підсумку, однак, з печі може виходити матеріал, трохи відрізняється за хімічним складом і фізичними властивостями. Все чавуни в основному поділяються на два різновиди: переробні (білі) і ливарні (сірі). Перший тип використовується як сировина при виробництві сталей. Ливарний застосовують для отримання різного роду чавунних виробів, що користуються на ринку непоганим попитом.
білий чавун
Частка цього різновиду виплавленого в доменних печах металу становить 75-80%. Основними властивостями такого чавуну є: велика твердість, крихкість і зносостійкість. Марганцю і сірки в ньому міститься зазвичай більше, ніж в ливарному. Обробці білий чавун піддається з великими труднощами. Використовувати для виготовлення з нього будь-яких виробів звичайні ріжучі інструменти сучасних верстатів можна. Зате сталь отримують з чавуну цього різновиду досить-таки просто. Підрозділяється переробний доменний метал в залежності від способу подальшої переплавки на три класи: мартенівський (М), бесемерівський (Б) і томасовський (Т).
ливарний чавун
Вуглець в цьому матеріалі в основному міститься в вигляді вільного графіту, що має в своєму складі кремній. Поставляється він для виготовлення чавунних виробів у вигляді чушок. Маркується цей матеріал буквою "Л" і цифрами від "1" до "6", В залежності від призначення. Існує також рафінований магнієм ливарний чавун, позначати буквами "ЛР".
Ну що ж, сподіваємося, ми в досить повній мірі відповіли на питання про те, сплав заліза з якою речовиною дозволяє отримати чавун. Це звичайний вуглець, який замінює в доменній печі входить до складу руди кисень. Основні ж властивості чавуну залежать від кількості вхідних в його склад домішок: марганцю, фосфору, кремнію та сірки.
