Сталь и чугун
ПРИЛОЖЕНИЕ (краткое изложение)
ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА
Сырье: железная руда.
Вспомогательные материалы: кокс (иногда природный газ), воздух, обогащенный кислородом, флюсы (известняк, доломит).
Основной химический процесс: содержащийся в руде оксид железа (III) восстанавливается оксидом углерода (II):
Кокс сгорает до оксида углерода (IV), при этом выделяется теплота, необходимая для расплавления железа, шлаков, а также проведения самой реакции:
Оксид углерода (IV) восстанавливается коксом до оксида углерода (II):
Побочные процессы: одновременно восстанавливаются оксиды других элементов, содержащихся в железной руде:
Содержащаяся в руде тугоплавкая примесь (оксид кремния) удаляется в виде шлака взаимодействием с оксидом кальция:
Оксид кальция образуется при разложении известняка или доломита:
Особенности технологического процесса: чугун получают в специальных печах — домнах. В верхнюю часть домны (колошник) подают последовательно сырье и вспомогательные материалы, в нижнюю (горн) продувают противотоком воздух, предварительно нагретый в регенераторе за счет сжигания колошникового газа. Производство непрерывное (однако засыпание шихты и выпуск чугуна производятся периодически), используются теплота реакции и принцип 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, иногда легирующие металлы (Аl, Сr, Ni и др.).
Свойства: самый дешевый металлический материал, обладает хорошими литейными и антифрикционными свойствами, износостойкостью, способностью гасить вибрации. Различают передельный, литейный и легированный чугун. Легированный чугун отличается жаростойкостью и коррозионной стойкостью.
Применение: передельный чугун — для производства стали; литейный — для изготовления поршней, цилиндров, тормозных барабанов, шестерен, деталей автомобилей (задний мост, картер, ступицы и др.); легированный — для изготовления дверец мартеновских печей, колосников, деталей паровых котлов, печной арматуры, футерованных плит, газотурбинных установок.
Побочные продукты: шлак, колошниковый газ.
Утилизация побочных продуктов: шлак используют при производстве гравия, щебня, цемента, 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 окислении примесей:
Оксиды кремния и фосфора с известью образуют шлак:
Побочные процессы: для удаления образующегося оксида железа (II) добавляют ферромарганец (так называемый раскислитель):
Оксид марганца (II) переходит в шлак:
Особенности технологического процесса:
1) кислородно-конверторный способ. Окисление примесей проводят в специальных аппаратах— конверторах продуванием воздуха через расплавленный чугун (нижнее дутье) или кислорода над расплавом (верхнее дутье);
2) мартеновский способ. Примеси окисляют в мартеновских печах, пропуская предварительно нагретый в регенераторах воздух и топочные газы над расплавленным чугуном. Производство периодическое.
Основной продукт:сталь.
Состав: сплав железа, содержащий менее 2% С, 0,35% Si, 0,6% Mn, 0,06% S, 0,07% Р, легирующие металлы (Со, Cr, Ni, W, A1 и др.).
Свойства: высокая прочность, пластичность, свариваемость, жаростойкость, износостойкость.
Применение: конструкционные материалы, в строительстве, производстве труб для газо- и нефтепроводов, деталей машин и механизмов (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 минеральных удобрений.
Новейшим направлением в производстве стали является прямое восстановление железной руды водородом, природным или генераторным газом, минуя доменные процессы. При этом получают губчатое железо, состав которого в отличие от доменного чугуна очень близок к стали. Мартеновский способ в настоящее время также устарел. Гораздо более прогрессивными являются конверторный и электроплавильный. Происходит бурное развитие технологии непрерывной разливки стали благодаря ее исключительно высокой эффективности. Основными направлениями экономического и социального развития до 2000 г. предусмотрено увеличить выплавку конверторной стали и электростали в 1,3—1,4 раза, разливку стали непрерывным способом не менее чем в 2 раза и выпуск металлических порошков более чем в 3 раза.
Подобные работы: