W życiu stale spotykamy się ze stopami, z których najczęstszym jest stal. Nic więc dziwnego, że ktoś będzie miał pytanie, jak powstaje stal?

Stal jest jednym ze stopów żelaza i węgla, który jest szeroko stosowany w Życie codzienne. Proces produkcji stali jest wieloetapowy i składa się z kilku etapów: wydobycia i wzbogacenia rudy, uzyskania spieku, produkcji żelaza oraz wytopu stali.

Ruda i spiek

Złoża rud umożliwiają wydobywanie zarówno skał bogatych, jak i biednych. Bogata ruda może być od razu wykorzystana jako surowiec produkcyjny. Aby móc wytopić słabą rudę, należy ją wzbogacić, czyli zawartość czysty metal. W tym celu ruda jest kruszona i przy użyciu różnych technologii oddzielane są cząstki bogate w związki metali. Na przykład w przypadku rud żelaza stosuje się separację magnetyczną - wpływ pola magnetycznego na surowiec w celu oddzielenia cząstek bogatych w żelazo.

Otrzymuje się koncentrat o niskiej dyspersji, który jest spiekany na większe kawałki. W wyniku prażenia rud żelaza powstaje aglomerat. Rodzaje aglomeratów są nazwane po głównych surowcach składających się na ich skład. W naszym przypadku jest to spiek rudy żelaza. Teraz, aby zrozumieć, jak powstaje stal, konieczne jest prześledzenie dalszego procesu technologicznego.

Produkcja żeliwa.

Żeliwo wytapiane jest w wielkich piecach, które działają na zasadzie przeciwprądu. Załadunek spieku, koksu i innych materiałów wsadowych odbywa się od góry. Od dołu do góry, w kierunku tych materiałów, wznoszą się strumienie gorącego gazu ze spalania koksu. Rozpoczyna się szereg procesów chemicznych, w wyniku których następuje redukcja żelaza i jego nasycenie węglem. Reżim temperaturowy pozostając w rejonie 400-500 stopni Celsjusza. W dolnych partiach pieca, gdzie zredukowane żelazo jest stopniowo obniżane, temperatura wzrasta do 900-950 stopni. Powstaje ciekły stop żelaza i węgla - żeliwo. Główne właściwości chemiczne żeliwa to: zawartość węgla powyżej 2,14%, obowiązkowa obecność w składzie siarki, krzemu, fosforu i manganu. Żeliwo jest bardzo kruche.

Wytapianie stali.

Teraz doszliśmy do ostatniego etapu nauki, jak powstaje stal. Pod względem chemicznym stal różni się od żeliwa niższą zawartością węgla; w związku z tym głównym zadaniem procesu produkcyjnego jest zmniejszenie zawartości węgla i innych zanieczyszczeń w głównym stopie żelaza. Do produkcji stali stosuje się piece martenowskie, konwertory tlenu lub piece elektryczne.

Za pomocą różne technologie roztopione żelazo jest przedmuchiwane tlenem w bardzo wysokie temperatury Oh. Następuje proces odwrotny – utlenianie żelaza na poziomie zanieczyszczeń zawartych w stopie. Powstały żużel jest następnie usuwany. W wyniku nadmuchu tlenem zmniejsza się zawartość węgla, a żeliwo zamienia się w stal.

Do stali można dodawać pierwiastki stopowe w celu zmiany właściwości materiału. Dlatego stop żelazo-węgiel o zawartości żelaza co najmniej 45% jest uważany za stal.

Powyższe procesy wyjaśniały, jak powstaje stal, z jakich materiałów i przy użyciu jakich technologii.

Wysyłanie dobrej pracy do bazy wiedzy jest proste. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy korzystający z bazy wiedzy w swoich studiach i pracy będą Ci bardzo wdzięczni.

Wysłany dnia http://www.allbest.ru/

Procesy bezpośredniej produkcji żelaza z rud

• Produkcja stali
• Istota procesu
• Metody wytapiania stali
• Bibliografia

Produkcja stali

Procesy bezpośredniej produkcji żelaza z rud

Pod procesami bezpośredniej produkcji żelaza rozumie się takie procesy chemiczne, elektrochemiczne lub chemiczno-termiczne, które umożliwiają pozyskiwanie bezpośrednio z rudy z pominięciem wielkiego pieca, metaliczne żelazo w formie gąbki, płaczu lub płynny metal.

Takie procesy są przeprowadzane bez zużywania koksu metalurgicznego, topników, energii elektrycznej (do przygotowania sprężonego powietrza), a także umożliwiają uzyskanie bardzo czystego metalu.

Metody bezpośredniej produkcji żelaza znane są od dawna. Wypróbowano ponad 70 różnych metod, ale tylko kilka zostało wdrożonych, a ponadto na małą skalę przemysłową.

W ostatnich latach wzrosło zainteresowanie tym problemem, co wiąże się, oprócz zastępowania koksu innymi paliwami, z rozwojem metod głębokiego wzbogacania rud, zapewniających nie tylko wysoką zawartość żelaza w koncentratach (70...72). %), ale też prawie kompletne wydanie to z siarki i fosforu.

Otrzymywanie żelaza gąbczastego w piecach szybowych

Schemat procesu pokazano na ryc. jeden.

stalowy piec martenowski ze stali gąbczastej,

Ryż. 1. Schemat instalacji do bezpośredniej redukcji żelaza z rud i produkcji metalizowanych peletów

Po otrzymaniu żelaza gąbczastego wydobywana ruda jest wzbogacana i uzyskuje się grudki. Pellety z zasobnika 1 do sita 2 wejść do skrzynki 10 wsadu, a stamtąd do pieca szybowego 9 działający na zasadzie przeciwprądu. Wyciek z peletów dostaje się do leja zasypowego 3 za pomocą brykieciarki i w postaci peletów ponownie trafia na sito.W celu odzyskania żelaza z peletów, mieszanina naturalnego i konwersja, w której mieszanina rozkłada się na wodór i tlenek węgla. W strefie redukcji pieca B powstaje temperatura 1000 ... 1100 0 C, przy której i przywraca się Ruda żelaza w granulkach do twardego gąbczastego żelaza. Zawartość żelaza w peletach sięga 90...95%. Do chłodzenia granulek żelaza przez rurociąg 6 do strefy chłodzenia 0 piece dostarczają powietrze. Schłodzone pellety 5 są dostarczane na przenośnik 4 i podawane do hutnictwa stali w piecach elektrycznych.

Odzyskiwanie żelaza w złożu fluidalnym

Drobnoziarnistą rudę lub koncentrat umieszcza się na ruszcie, przez który podawany jest wodór lub inny gaz redukujący pod ciśnieniem 1,5 MPa. Pod ciśnieniem wodoru cząstki rudy znajdują się w stanie zawieszonym, wykonując ciągły ruch i tworząc „wrzącą”, „płynną” warstwę. Złoże fluidalne zapewnia: dobry kontakt gaz redukujący z cząsteczkami tlenków żelaza. Zużycie wodoru na tonę odzyskanego proszku wynosi 600...650 m 3 .

Uzyskiwanie żelaza gąbczastego w kapsułkach tyglowych

Stosowane są kapsułki z węglika krzemu o średnicy 500 mm i wysokości 1500 mm. Ładunek jest ładowany w koncentrycznych warstwach. Wewnętrzna część kapsułki wypełnione reduktorem - pokruszone paliwo stałe oraz wapień (10…15%) w celu usunięcia siarki. Druga warstwa to kruszona ruda lub koncentrat z odzysku, zgorzelina młyna, a następnie kolejna koncentryczna warstwa środka redukującego i wapienia. Kapsułki zamontowane na wózkach poruszają się powoli w piecu tunelowym o długości do 140 m, gdzie są podgrzewane, utrzymywane w temperaturze 1200 0 C i chłodzone przez 100 godzin.

Żelazo zredukowane uzyskuje się w postaci rury grubościenne, są czyszczone, kruszone i kruszone, uzyskując proszek żelaza o zawartości żelaza do 99%, węgiel - 0,1 ... 0,2%.

Istota procesu

Stają się- stopy żelazowo-węglowe zawierające do prawie 1,5% węgla, przy większej zawartości, znacznie zwiększają się twardość i kruchość stali i nie są powszechnie stosowane.

Głównymi surowcami do produkcji stali są surówka i złom stalowy.

Zawartość węgla i zanieczyszczeń w stali jest znacznie niższa niż w żeliwie. Dlatego istotą wszelkiego metalurgicznego przekształcenia żeliwa w stal jest redukcja węgla i zanieczyszczeń poprzez ich selektywne utlenianie i przeniesienie do żużla i gazów podczas procesu wytopu.

Żelazo utlenia się głównie wtedy, gdy żelazo reaguje z tlenem w piecach stalowniczych:

.

Jednocześnie z żelazem utlenia się krzem, fosfor, mangan i węgiel. Powstający w wysokich temperaturach tlenek żelaza oddaje swój tlen do bardziej aktywnych zanieczyszczeń w żeliwie, utleniając je.

Procesy wytwarzania stali prowadzone są w trzech etapach.

Pierwszym etapem jest topienie wsadu i podgrzewanie kąpieli ciekłego metalu.

Temperatura metalu jest stosunkowo niska, intensywnie zachodzi utlenianie żelaza, tworzenie się tlenku żelaza i utlenianie zanieczyszczeń: krzemu, manganu i fosforu.

Bardzo ważne zadanie etap - usuwanie fosforu. W tym celu pożądane jest przeprowadzenie topienia w głównym piecu, w którym znajduje się żużel. Bezwodnik fosforowy tworzy z tlenkiem żelaza nietrwały związek. Tlenek wapnia jest mocniejszą bazą niż tlenek żelaza, dlatego w niskich temperaturach wiąże i zamienia go w żużel:

.

Aby usunąć fosfor, wymagana jest niska temperatura kąpieli metalowo-żużlowej oraz wystarczająca zawartość w żużlu. Aby zwiększyć zawartość żużla i przyspieszyć utlenianie zanieczyszczeń, do pieca dodaje się rudę żelaza i zgorzelinę, wywołując żużel żelazny. Gdy fosfor jest usuwany z metalu do żużla, zawartość fosforu w żużlu wzrasta. Dlatego konieczne jest usunięcie tego żużla z metalowego lustra i zastąpienie go nowym ze świeżymi dodatkami.

Drugi etap - gotowanie kąpiel metalowa- zaczyna się, gdy nagrzewa się do wyższych temperatur.

Wraz ze wzrostem temperatury reakcja utleniania węgla przebiega intensywniej, co następuje wraz z pochłanianiem ciepła:

.

W celu utlenienia węgla do metalu wprowadza się niewielką ilość rudy, zgorzelinę lub wdmuchiwany jest tlen.

Kiedy tlenek żelaza reaguje z węglem, pęcherzyki tlenku węgla są uwalniane z ciekłego metalu, powodując „kąpiel wrzenia”. Podczas „gotowania” zawartość węgla w metalu spada do wymaganego poziomu, temperatura jest wyrównywana w całej objętości kąpieli, a wtrącenia niemetaliczne przylegające do powstających pęcherzyków oraz wnikające do pęcherzyków gazy są częściowo usuwane . Wszystko to przyczynia się do poprawy jakości metalu. Dlatego ten etap jest najważniejszy w procesie produkcji stali.

Tworzone są również warunki do usuwania siarki. Siarka w stali występuje w postaci siarczku (), który również rozpuszcza się w głównym żużlu. Im wyższa temperatura, tym duża ilość siarczek żelaza rozpuszcza się w żużlu i oddziałuje z tlenkiem wapnia:

Powstały związek rozpuszcza się w żużlu, ale nie rozpuszcza się w żelazie, więc siarka jest usuwana do żużla.

Trzeci etap - odtlenianie stali polega na redukcji tlenku żelaza rozpuszczonego w ciekłym metalu.

Podczas topienia wzrost zawartości tlenu w metalu jest niezbędny do utlenienia zanieczyszczeń, ale w gotowej stali tlen jest szkodliwym zanieczyszczeniem, ponieważ obniża właściwości mechaniczne stali, zwłaszcza w wysokich temperaturach.

Stal jest odtleniana na dwa sposoby: wytrącanie i dyfuzja.

Odtlenianie wytrącające odbywa się poprzez wprowadzenie do ciekłej stali rozpuszczalnych odtleniaczy (żelazomangan, żelazokrzem, aluminium) zawierających pierwiastki, które mają większe powinowactwo do tlenu niż żelazo.

W wyniku odtleniania żelazo ulega redukcji i powstają tlenki: , które mają mniejszą gęstość niż stal i są usuwane do żużla.

Odtlenianie dyfuzyjne przeprowadza się przez odtlenianie żużla. Żelazomangan, żelazokrzem i aluminium w postaci pokruszonej ładowane są na powierzchnię żużla. Odtleniacze redukujące tlenek żelaza zmniejszają jego zawartość w żużlu. W konsekwencji tlenek żelaza rozpuszczony w stali zamienia się w żużel. Powstające w tym procesie tlenki pozostają w żużlu, a zredukowane żelazo przechodzi do stali, podczas gdy zawartość wtrąceń niemetalicznych w stali spada, a jej jakość wzrasta.

W zależności od stopnia odtleniania wytapiane są stale:

spokój

b) gotowanie

c) pół-spokojny.

Cichą stal uzyskuje się poprzez całkowite odtlenianie w piecu i kadzi.

Wrząca stal nie jest całkowicie odtleniana w piecu. Jego odtlenianie trwa w formie podczas krzepnięcia wlewka, dzięki interakcji tlenku żelaza i węgla:

Powstały tlenek węgla jest uwalniany ze stali, pomagając usunąć azot i wodór ze stali, gazy są uwalniane w postaci pęcherzyków, powodując jej wrzenie. Stal wrząca nie zawiera wtrąceń niemetalicznych, dzięki czemu ma dobrą ciągliwość.

Stal półspokojna ma pośrednie odtlenianie między spokojem a wrzeniem. Częściowo jest odtleniany w piecu i kadzi, a częściowo w formie, w wyniku oddziaływania tlenku żelaza i węgla zawartego w stali.

Stopowanie stali odbywa się poprzez wprowadzanie żelazostopów lub czystych metali do wymagana ilość do stopienia. Pierwiastki stopowe, w których powinowactwo do tlenu jest mniejsze niż do żelaza (), nie utleniają się podczas topienia i odlewania, dlatego są wprowadzane w dowolnym momencie podczas topienia. Pierwiastki stopowe, w których powinowactwo do tlenu jest większe niż powinowactwo żelaza (), są wprowadzane do metalu po odtlenieniu lub jednocześnie z nim na końcu wytopu, a czasem do kadzi.

Metody wytapiania stali

Przetwarzanie żeliwa na stal odbywa się w zespołach hutniczych o różnych zasadach działania: piecach martenowskich, konwertorach tlenowych, piecach elektrycznych.

Produkcja stali w piecach martenowskich

Proces martenowski (1864-1865, Francja). W okresie do lat siedemdziesiątych była to główna metoda produkcji stali. Metoda charakteryzuje się stosunkowo świetny występ, możliwość wykorzystania wtórnego metalu - złomu stalowego. Pojemność pieca wynosi 200...900 t. Metoda ta pozwala na uzyskanie stali wysokiej jakości.

Piec martenowski (rys.) zgodnie z urządzeniem i zasadą działania jest piecem regeneracyjnym odbijającym płomień. Gaz gazowy jest spalany w komorze topienia

paliwo lub olej. Wysoką temperaturę do otrzymywania stali w stanie stopionym zapewnia odzysk ciepła z gazów piecowych.

Nowoczesny piec martenowski to poziomo wydłużona komora wykonana z cegieł ogniotrwałych. Robocza przestrzeń topienia ograniczona jest od dołu paleniskiem 12, od góry sklepieniem 11 , a po bokach przedniej 5 i tylnej 10 ścian. Palenisko ma kształt wanny ze spadkami w kierunku ścian pieca. W przedniej ścianie znajdują się okna załadowcze 4 do podawania wsadu i topnika, aw tylnej ścianie znajduje się otwór 9 do uwalniania gotowej stali.

Ryż. 2. Schemat pieca martenowskiego

Charakterystyczną cechą przestrzeni roboczej jest powierzchnia paleniska pieca, która jest obliczana na poziomie progów okien załadowczych. Na obu końcach przestrzeni topienia znajdują się głowice 2 pieca, które służą do mieszania paliwa z powietrzem i dostarczania tej mieszanki do przestrzeni topienia. Używany jako paliwo gazu ziemnego, olej opałowy.

Do ogrzewania powietrza i gazu podczas pracy na gazie niskokalorycznym piec posiada dwa regeneratory 1.

Regenerator - komora, w której znajduje się dysza - cegła ogniotrwała ułożona w klatce, przeznaczona do ogrzewania powietrza i gazów.

Gazy opuszczające piec mają temperaturę 1500...1600°C. Dostając się do regeneratora, gazy nagrzewają szczeliwo do temperatury 1250 0C. Powietrze dostarczane jest przez jeden z regeneratorów, który przechodząc przez szczeliwo , nagrzewa się do 1200 0 C i wchodzi do głowicy paleniska, gdzie miesza się z paliwem, na wylocie głowicy powstaje pochodnia 7, skierowana na wsad 6.

Spaliny przechodzą przez przeciwległą głowicę (po lewej) urządzenia czyszczące (zbiorniki żużla), które służą do oddzielania cząstek żużla i pyłu od gazu i trafiają do drugiego regeneratora.

Schłodzone gazy wychodzą z pieca komin 8.

Po schłodzeniu dysz prawego regeneratora następuje przełączenie zaworów i zmiana kierunku przepływu gazu w palenisku.

Temperatura palnika płomieniowego dochodzi do 1800 0 C. Palnik ogrzewa przestrzeń roboczą pieca i wsad. Pochodnia przyczynia się do utleniania wsadowych zanieczyszczeń podczas topienia.

Czas topienia to 3…6 godzin, dla dużych pieców do 12 godzin. Gotowy wytop jest odprowadzany przez otwór znajdujący się w tylnej ścianie na dolnym poziomie paleniska. Otwór jest szczelnie zatkany materiałami ogniotrwałymi o niskiej zdolności do spiekania, które są wybijane po uwolnieniu stopu. Piece pracują nieprzerwanie, aż do zatrzymania się na wyremontować- 400…600 topi się.

W zależności od składu wsadu stosowanego w wytapianiu wyróżnia się odmiany procesu martenowskiego:

złomowy, w którym wsad składa się ze złomu stalowego (złomu) i 25...45% surówki, proces ten stosowany jest w zakładach, w których nie ma wielkich pieców, ale złomu jest dużo.

proces złomowo-rudowy, w którym wsad składa się z ciekłego żelaza (55...75%), złomu i rudy żelaza, proces stosowany jest w zakładach hutniczych z wielkimi piecami.

Wykładzina pieca może być zasadowa i kwaśna. Jeżeli w procesie topienia stali w żużlu przeważają tlenki zasadowe, wówczas proces ten nazywa się Główny proces na otwartym palenisku, a jeśli jest kwaśny - kwaśny.

Najwięcej stali wytwarza się metodą złomową w piecach martenowskich z wyłożeniem podstawowym.

Ruda żelaza i wapień są ładowane do pieca, a po podgrzaniu podawany jest złom. Po podgrzaniu złomu do pieca wlewa się płynne żelazo. W okresie topienia pod wpływem tlenków rudy i złomu żelaznego intensywnie utleniają się zanieczyszczenia: krzem, fosfor, mangan i częściowo węgiel. Tlenki tworzą żużel o wysokiej zawartości tlenków żelaza i manganu (żużel żelazny). Następnie następuje okres „wrzenia” kąpieli: ruda żelaza jest ładowana do pieca, a kąpiel jest oczyszczana tlenem dostarczanym przez rury 3. W tym czasie dopływ paliwa i powietrza do pieca jest wyłączony, a żużel jest usuwany.

Aby usunąć siarkę, wprowadza się nowy żużel, nakładając wapno na lustro metalowe z dodatkiem boksytu w celu zmniejszenia lepkości żużla. Zawartość w żużlu wzrasta i maleje.

W okresie „wrzenia” węgiel jest intensywnie utleniany, więc mieszanina musi zawierać nadmiar węgla. Na ten etap metal zostaje doprowadzony do określonego składu chemicznego, usuwane są z niego gazy i wtrącenia niemetaliczne.

Następnie metal jest odtleniany w dwóch etapach. Po pierwsze, odtlenianie przebiega przez utlenianie węgla metalu, jednocześnie dostarczając do kąpieli odtleniacze - żelazomangan, żelazokrzem, aluminium. Ostateczne odtlenianie aluminium i żelazokrzemem odbywa się w kadzi, gdy stal jest spuszczana z pieca. Po wybraniu próbek kontrolnych stal jest uwalniana do kadzi.

W głównych piecach martenowskich wytapiane są stale konstrukcyjne węglowe, stale nisko i średniostopowe (manganowe, chromowe), z wyjątkiem stali i stopów wysokostopowych, które otrzymuje się w piecach elektrycznych.

Stale wysokiej jakości wytapiane są w piecach martenowskich kwasowych. Stosuje się mieszankę o niskiej zawartości siarki i fosforu.

Stale zawierają mniej wodoru i tlenu, wtrącenia niemetaliczne. W związku z tym stal kwasowa ma wyższe właściwości mechaniczne, zwłaszcza udarność i ciągliwość, stosuje się ją na szczególnie krytyczne części: wały korbowe dużych silników, mocne wirniki turbin, łożyska kulkowe.

Głównymi wskaźnikami techniczno-ekonomicznymi produkcji stali w piecach martenowskich są:

· wydajność pieca - usuwanie stali z 1m 2 powierzchni paleniska na dobę (t/m 2 na dobę), średnio 10 t/m 2 ; R

· Zużycie paliwa na 1 tonę wytopionej stali wynosi średnio 80 kg/t.

Wraz z rozbudową pieców wzrasta ich efektywność ekonomiczna.

Produkcja stali w konwertorach tlenowych

Proces BOF - wytapianie stali z ciekłego żelaza w konwertorze z główną wykładziną i przedmuchem tlenu przez dyszę chłodzoną wodą.

Pierwsze eksperymenty w latach 1933-1934 - Mózg.

Na skalę przemysłową – w latach 1952-1953 w fabrykach w Linzu i Donawitz (Austria) – nazywano to procesem LD. Obecnie metoda ta jest główną metodą w masowej produkcji stali.

Konwerter tlenu to naczynie w kształcie gruszki wykonane z blachy stalowej, wyłożone główną cegłą.

Pojemność konwertera - 130 ... 350 ton ciekłego żelaza. Podczas pracy konwerter może obracać się o 360 ​​0, aby załadować złom, wlać żelazo, opróżnić stal i żużel.

Materiałami wsadowymi procesu konwertora tlenowego są płynna surówka, złom stalowy (nie więcej niż 30%), wapno do prowadzenia żużla, ruda żelaza oraz boksyt i fluoryt do upłynniania żużla.

Kolejność operacji technologicznych w stalowniach w konwertorach tlenowych przedstawiono na ryc. 3.

Ryż. 3. Kolejność operacji technologicznych w stalowni w konwertorach tlenowych

Po kolejnym przetopieniu stali otwór wylotowy uszczelnia się masą ogniotrwałą, a wyłożenie jest przeglądane i naprawiane.

Przed topieniem konwertor jest przechylany, złom ryżu jest ładowany za pomocą maszyn napełniających. (3. a), żeliwo wylewa się w temperaturze 1250 ... 1400 0 C (ryc. 3. b).

Następnie konwerter jest włączany Stanowisko pracy(ryc. 3. c), do środka wkłada się schłodzoną dyszę i dostarczany jest przez nią tlen pod ciśnieniem 0,9 ... 1,4 MPa. Wapno, boksyt i ruda żelaza są ładowane jednocześnie z rozpoczęciem wdmuchiwania. Tlen wnika w metal, powoduje jego krążenie w konwertorze i mieszanie się z żużlem. Pod dyszą rozwija się temperatura 2400 0 C. Żelazo utlenia się w strefie kontaktu strumienia tlenu z metalem. Tlenek żelaza rozpuszcza się w żużlu i metalu, wzbogacając metal w tlen. Rozpuszczony tlen utlenia krzem, mangan, węgiel w metalu, a ich zawartość spada. Metal jest ogrzewany ciepłem uwalnianym podczas utleniania.

Fosfor usuwany jest na początku przedmuchiwania kąpieli tlenem, gdy jej temperatura jest niska (zawartość fosforu w żeliwie nie powinna przekraczać 0,15%). Przy zwiększonej zawartości fosforu, aby go usunąć, konieczne jest odprowadzenie żużla i wprowadzenie nowego, co zmniejsza wydajność konwertera.

Siarka jest usuwana podczas całego wytopu (zawartość siarki w żeliwie powinna wynosić do 0,07%).

Dopływ tlenu kończy się, gdy zawartość węgla w metalu odpowiada określonej wartości. Następnie konwertor jest obracany i stal jest wypuszczana do kadzi (ryc. 3. d), gdzie jest odtleniana metodą wytrącania za pomocą żelazomanganu, żelazokrzemu i aluminium, a następnie żużel jest spuszczany (ryc. 3. e) .

W konwertorach tlenowych wytapiane są stale o różnej zawartości węgla, wrzące i spokojne, a także stale niskostopowe. Pierwiastki stopowe w postaci stopionej są wprowadzane do kadzi przed wbiciem w nią stali.

Topienie w konwertorach o wydajności 130...300 ton kończy się w 25...30 minut.

Bibliografia

1. Materiałoznawstwo i technologia metali: Podręcznik dla uczelni na kierunkach inżynierskich / G.P. Fetisow, M.G. Karpman, V.M. Matyunin i inni - M.: Szkoła podyplomowa, 2000. - 637p.: chory.

2. Materiałoznawstwo: Podręcznik dla uczelni kształcących na kierunku kształcenia i specjalizacji w zakresie inżynierii i technologii / B.N. Arzamasov, V.I. Makarowa, G.G. Mukhin i inni - wyd. 5, stereotyp. - M.: Wydawnictwo MSTU im. N.E. Bauman, 2003. - 646 s.: ch.

3. Lakhtin Yu.M., Leontieva V.N. Inżynieria materiałowa. Podręcznik dla uczelni technicznych. specjalista. - 3. ed. - M. Mashinostroyeniye, 2000. - 528s.

4. Technologia materiały budowlane: Podręcznik dla studentów uczelni technicznych / A.M. Dalsky, T.M. Barsukova, L.N. Bukharkin i inni; Poniżej sumy ser edamski. Dalskiego. - wyd. 5, ks. - M. Mashinostroenie, 2003. - 511 s.: ch.

5. Technologia materiałów konstrukcyjnych. Podręcznik dla studentów kierunków inżynierskich uczelni wyższych o godzinie 4. Pod redakcją D.M. Sokolova, S.A. Vasin, GG Dubensky. - Tuła. Wydawnictwo TulGU. - 2007.

6. Materiałoznawstwo i technologia materiałów konstrukcyjnych. Podręcznik dla uniwersytetów / Yu.P. Solntsev, V.A. Wesełow, wiceprezes Demyantsevich, A.V. Kuzin, DI Chashnikov. - wyd. 2, ks., dod. - M. MISIS, 2006. - 576s.

7. Bogodukhov S.I. Kurs materiałoznawstwa w pytaniach i odpowiedziach: Proc. dodatek dla uczelni, obuch. w kierunku przygotowania licencjackie "Technologia, urządzenia. i automatyka budowy maszyn. pr-in" i specjalne. „Technologia budowy maszyn”, „Maszyny i narzędzia do cięcia metalu” itp. / S.I. Bogodukhov, V.F. Grebenyuk, A.V. Sinyuchin. - M.: Mashinostroenie, 2003. - 255 s.: ch.

8. Kolesov S.N. Materiałoznawstwo i technologia materiałów konstrukcyjnych: Podręcznik dla studentów specjalności elektryka i elektromechanika. Uniwersytety / S.N. Kolesov, I.S. Kolesow. - Szkoła Wyższa im. M., 2004r. - 518 s.: chor.

9. Materiałoznawstwo. Technologia materiałów konstrukcyjnych: instruktaż dla studentów, szkolenia. na przykład „Elektrotechnika, elektromechanika i elektrotechnologia” / A.V. Shishkin i inni; pod redakcją V.S. Czeredniczenko. - 3. ed., skasowane. - M.: OMEGA-L, 2007. - 751s.: chor. (Wykształcenie wyższe techniczne). - (Instruktaż)

10. Drits M.E., Moskalev M.A. Technologia materiałów konstrukcyjnych i materiałoznawstwo: Proc. dla studentów specjalności niemaszynowniczej. uniwersytety. - M.: Szkoła Wyższa, 2005r. - 446 s., chor.

11. Tarasov V.L. Technologia materiałów konstrukcyjnych: Proc. dla uniwersytetów na specjalnych „Technologia obróbki drewna” / Mosk. stan las nie-t. - M .: Wydawnictwo Moskwy. stan un-t las, 2006. - 326 s.: il.

Hostowane na Allbest.ru

Podobne dokumenty

Podstawy produkcji metalurgicznej. Produkcja żelaza i stali. Procesy bezpośredniej produkcji żelaza z rud. Zaleta pieców do topienia. Sposoby poprawy jakości stali. Wybór metody i sposobu uzyskania przedmiotu obrabianego. Ogólne zasady wybór przedmiotu obrabianego.

przebieg wykładów, dodany 20.02.2010


Cechy technologii wytopu stali. Rozwój metod wytwarzania stali z żeliwa. Proces konwertorowo-tlenowy wytopu stali. Operacje technologiczne topienia konwertorowego tlenu. Produkcja stali w piecach martenowskich i elektrycznych.

wykład, dodany 12.06.2008


Struktura i właściwości stali, surowce. Produkcja stali w konwertorach, w piecach martenowskich, w elektrycznych piecach łukowych. Wytapianie stali w piece indukcyjne. Rafinacja pozapiecowa stali. Odlewanie stali. Typy specjalne elektrometalurgia stali.

streszczenie, dodane 22.05.2008


Surowy materiał do wytopu żelaza. Urządzenie wielkopiecowe. Wytop stali w konwertorach tlenowych, martenowskich, piecach elektrycznych. Produkty wielkopiecowe. Produkcja miedzi, aluminium. Obróbka cieplna i chemiczno-termiczna stali.

samouczek, dodany 11.04.2010


Klasyfikacja i znakowanie stali. Opis metod produkcji stali. Podstawy technologii wytopu stali w piecach martenowskich, łukowych i indukcyjnych. Jednostka uniwersalna „Conarc”. Domowe jednostki kadziowo-piecowe do pozapiecowej obróbki stali.

praca semestralna, dodana 11.08.2012


Klasyfikacja przemysłowa metale. Materiały wyjściowe do topienia wielkopiecowego. Produkcja stali w konwertorach tlenowych, w piecach martenowskich i dwukąpielowych. Produkty wielkopiecowe. Procesy pirometalurgiczne i hydrometalurgiczne.

streszczenie, dodane 22.10.2013


Produkcja żelaza i stali. Konwertorowe i martenowskie metody otrzymywania stali, istota hutnictwa wielkopiecowego. Otrzymywanie stali w piecach elektrycznych. Wskaźniki techniczno-ekonomiczne oraz Charakterystyka porównawcza nowoczesne sposoby uzyskiwanie stali.

streszczenie, dodane 22.02.2009


Topienie stali w piecach elektrycznych. Oczyszczanie spalin. Urządzenie do elektromagnetycznego mieszania metalu. Topienie stali w głównym elektrycznym piecu łukowym. Metody intensyfikacji procesu elektrycznego wytwarzania stali. Zastosowanie żużla syntetycznego.

praca semestralna, dodana 06.07.2009


Nowoczesna produkcja hutnicza żelaza i stali. Schemat nowoczesnej produkcji metalurgicznej. Wyroby hutnictwa żelaza. Cofanie (produkcja pelletu). Powstawanie stopu żelaza z węglem w niskiej temperaturze. Odzyskiwanie mnie

wykład, dodany 12.06.2008


Właściwości mechaniczne gruczoł. Alotropia jako ważna właściwość żelaza. Schemat stanu żelaza. Schemat zmian darmowe energie krystaliczne modyfikacje żelaza. Termiczna metoda analizy. Krzywa chłodzenia żelaza. Punkty krytyczne czystego żelaza.

Jeden z najpopularniejszych metali w skorupa Ziemska Po aluminium rozważane jest żelazo. Fizyczne i Właściwości chemiczne jego właściwości są takie, że ma doskonałą przewodność elektryczną, przewodność cieplną i ciągliwość, ma srebrzystobiały kolor i wysoką reaktywność chemiczną, aby szybko korodować pod wysoka wilgotność powietrze lub wysokie temperatury. Będąc w stanie drobno zdyspergowanym, pali się w czystym tlenie i samoczynnie zapala się w powietrzu.

Początek historii żelaza

W trzecim tysiącleciu pne. mi. ludzie zaczęli wydobywać i nauczyli się przetwarzać brąz i miedź. Szerokie zastosowanie z powodu wysokich kosztów, których nie otrzymali. Poszukiwania nowego metalu trwały. Historia żelaza rozpoczęła się w I wieku p.n.e. mi. W naturze występuje tylko w postaci związków z tlenem. Aby uzyskać czysty metal, konieczne jest oddzielenie ostatniego elementu. Przez długi czas nie można było stopić żelaza, ponieważ musiało być podgrzane do 1539 stopni. I dopiero wraz z pojawieniem się pieców do wydmuchiwania sera w pierwszym tysiącleciu pne zaczęto pozyskiwać ten metal. Początkowo był kruchy i zawierał dużo żużla.

Wraz z pojawieniem się kuźni jakość żelaza znacznie się poprawiła. Został poddany dalszej obróbce w kowalu, gdzie żużel był oddzielany uderzeniami młotka. Kucie stało się jednym z głównych rodzajów obróbki metali, a kowalstwo stało się nieodzowną gałęzią produkcji. Żelazo w czysta forma jest bardzo miękkim metalem. Stosowany jest głównie w stopie z węglem. Dodatek ten wzmacnia takie fizyczne właściwości żelaza jak twardość. tani materiał wkrótce przeniknął szeroko do wszystkich sfer ludzkiej działalności i dokonał rewolucji w rozwoju społeczeństwa. Bo nawet w czasach starożytnych produkty żelazne pokryte grubą warstwą złota. Miał wysoka cena w porównaniu do metalu szlachetnego.

żelazo w naturze

Jedno aluminium w litosferze zawiera więcej niż żelazo. W naturze występuje tylko w postaci związków. Reagujące żelazo trójwartościowe zabarwia glebę na brązowo i nadaje piaskowi żółtawy odcień. W skorupie ziemskiej rozproszone są tlenki i siarczki żelaza, niekiedy dochodzi do nagromadzenia minerałów, z których następnie wydobywany jest metal. Zawartość Żelazna stal w niektórych źródłach mineralnych nadaje wodzie szczególny smak.

Zardzewiała woda płynąca ze starego rury wodne, jest zabarwiony ze względu na metal trójwartościowy. Jego atomy znajdują się również w ludzkim ciele. Znajdują się w hemoglobinie (białku zawierającym żelazo) we krwi, która dostarcza organizmowi tlenu i usuwa dwutlenek węgla. Niektóre meteoryty zawierają czyste żelazo, czasami można znaleźć całe wlewki.

Jakie są właściwości fizyczne żelaza?

Jest to plastyczny srebrzystobiały metal z szarawym odcieniem, o metalicznym połysku. On jest dobry dyrygent prąd elektryczny i ciepło. Dzięki swojej plastyczności doskonale nadaje się do kucia i walcowania. Żelazo nie rozpuszcza się w wodzie, ale topi się w rtęci, topi się w 1539 i wrze w 2862 stopniach Celsjusza, ma gęstość 7,9 g/cm³. Cechą właściwości fizycznych żelaza jest to, że metal jest przyciągany przez magnes, a po anulowaniu zewnętrznego pole magnetyczne zachowuje magnetyzm. Wykorzystując te właściwości, można z niego zrobić magnesy.

Właściwości chemiczne

Żelazo ma następujące właściwości:

• w powietrzu i wodzie łatwo się utlenia, rdzewieje;
• w tlenie rozgrzany drut pali się (w tym przypadku kamień powstaje w postaci tlenku żelaza);
• w temperaturze 700-900 stopni Celsjusza reaguje z parą wodną;
• po podgrzaniu reaguje z niemetalami (chlor, siarka, brom);
• reaguje z rozcieńczonymi kwasami, w wyniku czego powstają sole żelaza i wodór;
• nie rozpuszcza się w alkaliach;
• jest w stanie wyprzeć metale z roztworów ich soli (żelazny gwóźdź w roztworze siarczanu miedzi pokryty jest czerwonym nalotem - to jest miedź);
• w stężonych alkaliach po ugotowaniu przejawia się amfoteryczność żelaza.

Funkcja Funkcja

Jedną z fizycznych właściwości żelaza jest ferromagnetyzm. W praktyce często spotyka się właściwości magnetyczne tego materiału. To jedyny metal, który ma tak rzadką cechę.

Pod wpływem pola magnetycznego żelazo ulega namagnesowaniu. uformowany właściwości magnetyczne metal utrzymuje się przez długi czas i sam pozostaje magnesem. To wyjątkowe zjawisko tłumaczy się tym, że struktura żelaza zawiera duża liczba wolne elektrony w stanie się poruszać.

Rezerwy i produkcja

Jednym z najczęstszych pierwiastków na ziemi jest żelazo. Pod względem zawartości w skorupie ziemskiej zajmuje czwarte miejsce. Znanych jest wiele rud, które go zawierają, na przykład ruda żelaza magnetycznego i brązowego. Metal w przemyśle pozyskiwany jest głównie z rud hematytu i magnetytu w procesie wielkopiecowym. Najpierw jest redukowany węglem w piecu w wysokiej temperaturze 2000 stopni Celsjusza.

W tym celu od góry do wielkiego pieca wprowadza się rudę żelaza, koks i topnik, a od dołu wstrzykuje się strumień gorącego powietrza. Wykorzystywany jest również bezpośredni proces pozyskiwania żelaza. Rozdrobniona ruda jest mieszana ze specjalną gliną w celu uzyskania granulek. Następnie są wypalane i poddawane obróbce wodorem w piecu szybowym, gdzie łatwo go regenerują. Pozyskuje się żelazo w stanie stałym, które następnie przetapia się w piecach elektrycznych. Czysty metal jest odzyskiwany z tlenków przez elektrolizę wodnych roztworów soli.

Korzyści z żelaza

Główne właściwości fizyczne substancji żelaznej nadają jej i jej stopom następujące zalety w stosunku do innych metali:

niedogodności

Oprócz duża liczba pozytywne cechy, jest też awantura negatywne właściwości metal:

• Produkty podlegają korozji. Aby wyeliminować ten niepożądany efekt, stale nierdzewne są otrzymywane przez stopowanie, a w innych przypadkach tworzą specjalny obróbka antykorozyjna struktury i detale.
• Żelazo akumuluje elektryczność statyczną, dlatego produkty je zawierające podlegają korozji elektrochemicznej, a także wymagają dodatkowej obróbki.
• Ciężar właściwy metalu wynosi 7,13 g/cm³. Ta fizyczna właściwość żelaza nadaje konstrukcjom i częściom większą wagę.

Skład i struktura

Zgodnie z cechą krystaliczną żelazo ma cztery modyfikacje, które różnią się strukturą i parametrami sieciowymi. W przypadku wytapiania stopów istotna jest obecność przejść fazowych i dodatków stopowych. Istnieją następujące stany:

• Faza alfa. Utrzymuje się do 769 stopni Celsjusza. W tym stanie żelazo zachowuje właściwości ferromagnesu i ma sześcienną siatkę skupioną wokół ciała.
• Faza beta. Występuje w temperaturach od 769 do 917 stopni Celsjusza. Ma nieco inne parametry sieci niż w pierwszym przypadku. Wszystkie właściwości fizyczne żelaza pozostają takie same, z wyjątkiem właściwości magnetycznych, które traci.
• Faza gamma. Struktura siatki staje się skoncentrowana na twarzy. Ta faza pojawia się w zakresie 917-1394 stopni Celsjusza.
• Faza Omega. Ten stan metalu pojawia się w temperaturach powyżej 1394 stopni Celsjusza. Różni się od poprzedniego tylko parametrami sieci.

Żelazo jest najbardziej poszukiwanym metalem na świecie. Na nią przypada ponad 90 procent całej produkcji metalurgicznej.

Podanie

Ludzie po raz pierwszy zaczęli używać żelaza meteorytowego, które było cenione bardziej niż złoto. Od tego czasu zakres tego metalu tylko się rozszerzył. Poniżej znajduje się zastosowanie żelaza w oparciu o jego właściwości fizyczne:

• tlenki ferromagnetyczne wykorzystywane są do produkcji materiałów magnetycznych: instalacje przemysłowe, lodówki, pamiątki;
• tlenki żelaza są stosowane jako farby mineralne;
• chlorek żelazowy jest niezbędny w praktyce radioamatorskiej;
• siarczany żelaza są wykorzystywane w przemyśle włókienniczym;
• magnetyczny tlenek żelaza jest jednym z ważnych materiałów do produkcji urządzeń pamięci długotrwałej komputera;
• ultradrobny proszek żelaza jest używany w czarno-białych drukarkach laserowych;
• siła metalu pozwala na tworzenie broni i zbroi;
• żeliwo odporne na zużycie może być stosowane do produkcji hamulców, tarcz sprzęgła, części do pomp;
• żaroodporny - do pieców nadmuchowych, termicznych, martenowskich;
• żaroodporny - do urządzeń kompresorowych, silników Diesla;
• stal wysokiej jakości stosowana jest na rurociągi gazowe, korpusy kotłów, suszarki, pralki i zmywarki.

Wniosek

Przez żelazo często rozumie się nie sam metal, ale jego stop - niskowęglową stal elektryczną. Otrzymywanie czystego żelaza jest dość skomplikowanym procesem, dlatego stosuje się je tylko do produkcji materiałów magnetycznych. Jak już wspomniano, wyjątkowa własność fizyczna prosta substancjażelazo to ferromagnetyzm, to znaczy zdolność do namagnesowania w obecności pola magnetycznego.

Właściwości magnetyczne czystego metalu są do 200 razy wyższe niż stali technicznej. Na tę właściwość ma również wpływ wielkość ziarna metalu. Im większe ziarno, tym wyższe właściwości magnetyczne. Obróbka również ma pewien wpływ. Tak czyste żelazo, które spełnia te wymagania, jest używane do otrzymywania materiałów magnetycznych.

Żelazo stanowi ponad 5% skorupy ziemskiej. Rudy, takie jak hematyt i magnetyt, służą głównie do wydobywania żelaza. Rudy te zawierają od 20 do 70% żelaza. Najważniejszymi zanieczyszczeniami żelaznymi w tych rudach są piasek i tlenek glinu (tlenek glinu).

Jądro Ziemi

Na podstawie danych pośrednich można stwierdzić, że jądro Ziemi to głównie stop żelaza. Jego promień wynosi około 3470 km, natomiast promień Ziemi to 6370 km. Wewnętrzne jądro Ziemi wydaje się być w stanie stałym i ma promień około 1200 km. Jest otoczony płynnym rdzeniem zewnętrznym. burzliwy przepływ Płyn w tej części jądra tworzy ziemskie pole magnetyczne. Ciśnienie wewnątrz rdzenia mieści się w zakresie od 1,3 do 3,5 miliona atmosfer, a temperatura mieści się w zakresie

Chociaż ustalono, że jądro Ziemi składa się głównie z żelaza, jego dokładny skład nie jest znany. Istnieją sugestie, że od 8 do 10% masy rdzeń ziemi uwzględniają takie pierwiastki jak nikiel, siarka (w postaci siarczku żelaza), tlen (w postaci tlenku żelaza) i krzem (w postaci krzemku żelaza).

Co najmniej 12 krajów na świecie posiada udokumentowane zasoby rudy żelaza, które przekraczają miliard ton. Do krajów tych należą Australia, Kanada, USA, RPA, Indie, ZSRR i Francja. Światowy poziom produkcji stali sięga obecnie 700 mln t. Głównymi producentami stali są ZSRR, USA i Japonia, w każdym z tych krajów wytapia się ponad 100 mln ton stali rocznie. W Wielkiej Brytanii poziom produkcji stali wynosi 20 mln ton rocznie.

produkcja żelaza

Pozyskiwanie żelaza z rudy żelaza odbywa się w dwóch etapach. Rozpoczyna się od przygotowania rudy - rozdrabniania i ogrzewania. Rudę kruszy się na kawałki o średnicy nie większej niż 10 cm, a następnie kalcynuje się pokruszoną rudę w celu usunięcia wody i lotnych zanieczyszczeń.

W drugim etapie ruda żelaza jest redukowana do żelaza za pomocą tlenku węgla w wielkim piecu (ryc. 14.12). Odzysk odbywa się w temperaturach rzędu 700°C:

Aby zwiększyć uzysk żelaza, proces ten prowadzi się w warunkach nadmiaru dwutlenku węgla.

Tlenek węgla CO powstaje w wielkim piecu z koksu i powietrza. Powietrze jest najpierw podgrzewane do około 600°C i wtłaczane do pieca przez specjalna rura- lanca. Koks pali się na gorąco skompresowane powietrze, tworząc dwutlenek węgla. Ta reakcja jest egzotermiczna i powoduje wzrost temperatury powyżej 1700°C:

Dwutlenek węgla unosi się w piecu i reaguje z większą ilością koksu, tworząc tlenek węgla. Ta reakcja jest endotermiczna:

Ryż. 14.12. Wielki piec, 1 – ruda żelaza, wapień, koks, 2 stożek załadowczy (górny), 3 – gaz górny, 4 – murowanie pieca, 5 – strefa redukcji tlenku żelaza, 6 – strefa żużlowania, 7 – strefa spalania koksu, 8 – wtrysk ogrzanego powietrza przez dysze, 9 - roztopione żelazo, 10 - roztopiony żużel.

Żelazo powstałe podczas rozdrabniania rudy jest zanieczyszczone piaskiem i zanieczyszczeniami z tlenku glinu (patrz wyżej). Do pieca dodaje się wapień, aby je usunąć. W temperaturach panujących w piecu wapień ulega rozkładowi termicznemu z wytworzeniem tlenku wapnia i dwutlenku węgla:

Tlenek wapnia łączy się z zanieczyszczeniami tworząc żużel. Żużel zawiera krzemian wapnia i glinian wapnia:

Żelazo topi się w 1540°C (patrz Tabela 14.2). Roztopione żelazo wraz z roztopionym żużlem wpływa do Dolna część piekarniki. Roztopiony żużel unosi się na powierzchni roztopionego żelaza. Okresowo każda z tych warstw jest uwalniana z pieca na odpowiednim poziomie.

Wielki piec pracuje przez całą dobę, w sposób ciągły. Surowcami do procesu wielkopiecowego są ruda żelaza, koks i wapień. Są stale ładowane do piekarnika od góry. Żelazo jest uwalniane z pieca cztery razy dziennie, w regularnych odstępach czasu. Wylewa się z pieca w ognistym strumieniu o temperaturze około 1500 ° C. Wielkie piece są dostępne w różnych rozmiarach i wydajnościach (1000-3000 ton dziennie). W USA istnieje kilka nowo zaprojektowanych piekarników z

cztery wyloty i ciągłe odprowadzanie stopionego żelaza. Takie piece mają wydajność do 10 000 ton na dobę.

Żelazo wytopione w wielkim piecu wlewa się do form piaskowych. Takie żelazo nazywa się żeliwem. Zawartość żelaza w żeliwie wynosi około 95%. Żeliwo jest twardą, ale kruchą substancją o temperaturze topnienia około 1200°C.

Żeliwo otrzymywane jest poprzez stapianie mieszaniny żeliwa, złomu i stali z koksem. Stopione żelazo wlewa się do form i chłodzi.

Kute żelazo jest najczystszą formą żelaza technicznego. Otrzymuje się go przez ogrzewanie surowego żelaza z hematytem i wapieniem w piecu do wytapiania. Podnosi to czystość żelaza do około 99,5%. Jego temperatura topnienia wzrasta do 1400°C. Kute żelazo ma dużą wytrzymałość, ciągliwość i ciągliwość. Jednak w wielu zastosowaniach jest on zastępowany stalą miękką (patrz poniżej).

Produkcja stali

Stale dzielą się na dwa rodzaje. Stale węglowe zawierają do 1,5% węgla. Stale stopowe zawierają nie tylko niewielkie ilości węgla, ale także specjalnie wprowadzone zanieczyszczenia (dodatki) innych metali. Poniżej wyszczególniono różne rodzaje stali, ich właściwości i zastosowania.

Proces konwertera tlenu. W ostatnie dekady Produkcja stali została zrewolucjonizowana przez rozwój procesu BOF (znanego również jako proces Linz-Donawitz). Proces ten zaczęto stosować w 1953 roku w hutach w dwóch austriackich ośrodkach metalurgicznych - Linz i Donawitz.

Proces BOF wykorzystuje BOF z okładziną główną (murowaną) (ryc. 14.13). Konwerter jest ładowany w pozycji pochylonej

Ryż. 14.13. Konwerter do stali, 1 - tlen i 2 - rura chłodzona wodą do podmuchu tlenu, 3 - żużel. 4-osiowa, 5-stopna stal, 6-stalowy korpus.

stopione żelazo z pieca do topienia i złomu, a następnie zwrócone do pozycja pionowa. Następnie wejdź do konwertera od góry miedziana rura z chłodzeniem wodnym i przez nią strumień tlenu z domieszką wapna w proszku kierowany jest na powierzchnię roztopionego żelaza. To „przedmuchiwanie tlenem”, które trwa 20 minut, prowadzi do intensywnego utleniania zanieczyszczeń żelazowych, a zawartość konwertera pozostaje stan ciekły ze względu na uwolnienie energii podczas reakcji utleniania. Powstałe tlenki łączą się z wapnem i zamieniają się w żużel. Następnie rura miedziana jest wyciągana, a konwerter jest przechylany, aby spuścić z niej żużel. Po ponownym oczyszczeniu roztopiona stal jest wlewana z konwertora (w pozycji pochyłej) do kadzi.

Proces BOF jest stosowany głównie do produkcji stali węglowych. Charakteryzuje się świetną wydajnością. W ciągu 40-45 minut w jednym konwertorze można uzyskać 300-350 ton stali.

Obecnie w tym procesie wytwarzana jest cała stal w Wielkiej Brytanii i większość stali na świecie.

Elektryczny proces stalowniczy. Piekarniki elektryczne służą głównie do przetwarzania złomu stalowego i żeliwnego na wysokiej jakości stale stopowe, takie jak Stal nierdzewna. Piec elektryczny to okrągły, głęboki zbiornik wyłożony cegłami ogniotrwałymi. Piec jest ładowany złomem przez otwartą pokrywę, następnie pokrywa jest zamykana i elektrody są opuszczane do pieca przez znajdujące się w nim otwory, aż do zetknięcia się ze złomem. Następnie włącz prąd. Między elektrodami powstaje łuk, w którym rozwija się temperatura powyżej 3000”C. W tej temperaturze metal topi się i powstaje nowa stal. Z każdego obciążenia pieca można uzyskać 25-50 ton stali.

Żelazo jest elementem drugorzędnej podgrupy ósmej grupy czwartego okresu układ okresowy pierwiastki chemiczne D. I. Mendelejew o liczbie atomowej 26. Jest oznaczony symbolem Fe (łac. Ferrum). Jeden z najczęściej występujących metali w skorupie ziemskiej (drugie miejsce po aluminium). Metal o średniej aktywności, reduktor.

Główne stany utlenienia - +2, +3

Prosta substancja żelazo jest plastycznym srebrno-białym metalem o wysokiej reaktywności chemicznej: żelazo szybko koroduje w wysokich temperaturach lub dużej wilgotności powietrza. W czystym tlenie żelazo pali się, aw stanie drobno rozproszonym zapala się samorzutnie w powietrzu.

Właściwości chemiczne prostej substancji - żelaza:

Rdzewieje i pali się w tlenie

1) W powietrzu żelazo łatwo utlenia się w obecności wilgoci (rdzewieje):

4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe(OH) 3

Ogrzany drut żelazny spala się w tlenie, tworząc kamień - tlenek żelaza (II, III):

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4

3Fe + 2O 2 → (Fe II Fe 2 III) O 4 (160 ° С)

2) W wysokich temperaturach (700-900°C) żelazo reaguje z parą wodną:

3Fe + 4H 2 O - t ° → Fe 3 O 4 + 4 H 2

3) Żelazo reaguje z niemetalami po podgrzaniu:

2Fe+3Cl2 →2FeCl3 (200 °С)

Fe + S – t° → FeS (600 °C)

Fe + 2S → Fe +2 (S 2 -1) (700 ° С)

4) W szeregu napięć znajduje się na lewo od wodoru, reaguje z rozcieńczonymi kwasami Hcl i H 2 SO 4, podczas gdy tworzą się sole żelaza (II) i uwalnia się wodór:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (reakcje przeprowadzane są bez dostępu powietrza, w przeciwnym razie Fe +2 jest stopniowo przekształcany przez tlen w Fe +3)

Fe + H 2 SO 4 (różn.) → FeSO 4 + H 2

W stężonych kwasach utleniających żelazo rozpuszcza się dopiero po podgrzaniu, natychmiast przechodzi do kationu Fe 3+:

2Fe + 6H 2 SO 4 (stęż.) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (stęż.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

(w zimnym, stężonym kwasie azotowym i siarkowym) pasywować

Żelazny gwóźdź zanurzony w niebieskawym roztworze niebieski witriol, stopniowo pokryta powłoką czerwonej metalicznej miedzi

5) Żelazo wypiera metale na prawo od niego w roztworach ich soli.

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu

Amfoteryczność żelaza przejawia się tylko w stężonych alkaliach podczas wrzenia:

Fe + 2NaOH (50%) + 2H 2 O \u003d Na 2 ↓ + H 2

i tworzy się osad tetrahydroksoferranu(II) sodu.

Żelazko techniczne- stopy żelaza z węglem: żeliwo zawiera 2,06-6,67% C, stal 0,02-2,06% C, inne zanieczyszczenia naturalne (S, P, Si) oraz sztucznie wprowadzone specjalne dodatki (Mn, Ni, Cr) są często obecne, co sprawia, że ​​stopy żelaza są technicznie korzystne cechy- twardość termiczna i odporność na korozję, plastyczność itp. .

Proces produkcji żelaza w wielkim piecu

Proces wielkopiecowy produkcji żelaza składa się z następujących etapów:

a) przygotowanie (prażenie) rud siarczkowych i węglanowych – konwersja do rudy tlenkowej:

FeS 2 → Fe 2 O 3 (O 2, 800 ° С, -SO 2) FeCO 3 → Fe 2 O 3 (O 2, 500-600 ° С, -CO 2)

b) spalanie koksu gorącym podmuchem:

C (koks) + O 2 (powietrze) → CO 2 (600-700 ° C) CO 2 + C (koks) ⇌ 2CO (700-1000 ° C)

c) redukcja rudy tlenkowej tlenek węgla CO sekwencyjnie:

Fe2O3 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) FeO →(CO) Fe

d) nawęglanie żelaza (do 6,67% C) i topienie żeliwa:

Fe (t ) →(C(koks)900-1200°C) Fe (g) (żeliwo, t pl 1145°C)

W żeliwie cementyt Fe 2 C i grafit występują zawsze w postaci ziaren.

Produkcja stali

Redystrybucja żeliwa do stali odbywa się w specjalnych piecach (konwerter, martenowski, elektryczny), które różnią się sposobem ogrzewania; temperatura procesu 1700-2000 °C. Nadmuch powietrza wzbogaconego tlenem wypala nadmiar węgla z żeliwa, a także siarkę, fosfor i krzem w postaci tlenków. W tym przypadku tlenki są albo wychwytywane w postaci spalin (CO 2, SO 2), albo wiązane w łatwo oddzielający się żużel - mieszaninę Ca 3 (PO 4) 2 i CaSiO 3. W celu uzyskania stali specjalnych do pieca wprowadza się dodatki stopowe innych metali.

Paragon fiskalny czyste żelazo w przemyśle - elektroliza roztworu soli żelaza, np.:

FeCl 2 → Fe↓ + Cl 2 (90°C) (elektroliza)

(istnieją inne specjalne metody, w tym redukcja tlenków żelaza wodorem).

Czyste żelazo jest używane do produkcji stopów specjalnych, do produkcji rdzeni elektromagnesów i transformatorów, żeliwo do produkcji odlewów i stali, stal jest używana jako materiały konstrukcyjne i narzędziowe, w tym na zużycie, ciepło i korozję -odporne materiały.

Tlenek żelaza(II) F EO . Tlenek amfoteryczny z dużą przewagą właściwości podstawowych. Czarny, ma strukturę jonową Fe 2+ O 2-. Po podgrzaniu najpierw rozkłada się, a następnie ponownie tworzy. Nie powstaje podczas spalania żelaza w powietrzu. Nie reaguje z wodą. Rozkładany przez kwasy, połączony z zasadami. Powoli utlenia się w wilgotnym powietrzu. Odzyskiwany przez wodór, koks. Uczestniczy w wielkopiecowym procesie wytopu żelaza. Stosowany jest jako składnik farb ceramicznych i mineralnych. Równania najważniejszych reakcji:

4FeO ⇌ (Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 ° С, 900-1000 ° С)

FeO + 2HC1 (razb.) \u003d FeCl 2 + H 2 O

FeO + 4HNO 3 (stęż.) \u003d Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O

FeO + 4NaOH \u003d 2H 2 O + N4FmiO3 (czerwony.) trioksożelazian(II)(400-500 °С)

FeO + H2 \u003d H2O + Fe (wysoka czystość) (350 ° C)

FeO + C (koks) \u003d Fe + CO (powyżej 1000 ° C)

FeO + CO \u003d Fe + CO 2 (900 ° C)

4FeO + 2H 2 O (wilgoć) + O 2 (powietrze) → 4FeO (OH) (t)

6FeO + O 2 \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500 ° С)

Paragon fiskalny w laboratoria: rozkład termiczny związków żelaza (II) bez dostępu powietrza:

Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C)

FeSOz \u003d FeO + CO 2 (490-550 ° С)

Tlenek diżelazowy (III) - żelazo ( II ) ( Fe II Fe 2 III) O 4 . Podwójny tlenek. Czarny ma strukturę jonową Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. Stabilny termicznie do wysokich temperatur. Nie reaguje z wodą. Rozkładany przez kwasy. Jest redukowany przez wodór, rozgrzane do czerwoności żelazo. Uczestniczy w wielkopiecowym procesie produkcji żelaza. Stosowany jest jako składnik farb mineralnych ( żelazo minimalne), ceramika, kolorowy cement. Produkt specjalnego utleniania powierzchni wyrobów stalowych ( czernienie, sinienie). Kompozycja nawiązuje do brązowej rdzy i ciemnej łuski na żelazie. Nie zaleca się stosowania formuły Fe 3 O 4 . Równania najważniejszych reakcji:

2 (Fe II Fe 2 III) O 4 \u003d 6FeO + O 2 (powyżej 1538 ° С)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8HC1 (razb.) \u003d FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 10HNO 3 (stęż.) \u003d 3 Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (powietrze) \u003d 6Fe 2 O 3 (450-600 ° С)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 4H 2 \u003d 4H 2 O + 3Fe (wysoka czystość, 1000 ° C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO \u003d 3 FeO + CO 2 (500-800 ° C)

(Fe II Fe 2 III) O4 + Fe ⇌4 FeO (900-1000 ° С, 560-700 ° С)

Paragon fiskalny: spalanie żelaza (patrz) w powietrzu.

magnetyt.

Tlenek żelaza(III) F e 2 O 3 . Tlenek amfoteryczny z przewagą właściwości podstawowych. Czerwono-brązowy, ma strukturę jonową (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Stabilny termicznie do wysokich temperatur. Nie powstaje podczas spalania żelaza w powietrzu. Nie reaguje z wodą, z roztworu wytrąca się brązowy bezpostaciowy hydrat Fe 2 O 3 nH 2 O. Powoli reaguje z kwasami i zasadami. Jest redukowany przez tlenek węgla, roztopione żelazo. Stopy z tlenkami innych metali i tworzą tlenki podwójne - spinele (produkty techniczne nazywane są ferrytami. Znajduje zastosowanie jako surowiec w wytopie żelaza w procesie wielkopiecowym, katalizator przy produkcji amoniaku, składnik ceramiki, cementów nieżelaznych i farb mineralnych, w spawaniu termitowym konstrukcje stalowe, jako nośnik dźwięku i obrazu na taśmach magnetycznych, jako środek do polerowania stali i szkła.

Równania najważniejszych reakcji:

6Fe 2 O 3 \u003d 4 (Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (1200-1300 ° С)

Fe 2 O 3 + 6HC1 (razb.) → 2FeC1 3 + ZH 2 O (t) (600 ° C, p)

Fe 2 O 3 + 2NaOH (stęż.) → H 2 O+ 2 NaFmiO 2 (czerwony)dioksożelazian(III)

Fe 2 O 3 + MO \u003d (M II Fe 2 II I) O 4 (M \u003d Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)

Fe 2 O 3 + ZN 2 \u003d ZN 2 O + 2Fe (wysoce czysty, 1050-1100 ° С)

Fe 2 O 3 + Fe \u003d ZFeO (900 ° C)

3Fe 2 O 3 + CO \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 + CO 2 (400-600 ° С)

Paragon fiskalny w laboratorium - rozkład termiczny soli żelaza (III) w powietrzu:

Fe 2 (SO 4) 3 \u003d Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 ° С)

4 (Fe (NO 3) 3 9 H 2 O) \u003d 2 Fea O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 ° С)

W naturze - rudy tlenku żelaza krwawień Fe 2 O 3 i limonit Fe 2 O 3 nH 2 O

Wodorotlenek żelaza(II) F e(OH)2. Wodorotlenek amfoteryczny z przewagą właściwości zasadowych. Białe (czasem z zielonkawym odcieniem), wiązania Fe-OH są przeważnie kowalencyjne. Niestabilny termicznie. Łatwo utlenia się w powietrzu, zwłaszcza gdy jest mokry (ciemnieje). Nierozpuszczalne w wodzie. Reaguje z rozcieńczonymi kwasami, stężonymi zasadami. Typowy konserwator. Produkt pośredni w rdzewieniu żelaza. Wykorzystywany jest do produkcji masy aktywnej akumulatorów żelazowo-niklowych.

Równania najważniejszych reakcji:

Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C, w atm.N 2)

Fe (OH) 2 + 2HC1 (razb.) \u003d FeCl 2 + 2H 2 O

Fe (OH) 2 + 2NaOH (> 50%) \u003d Na 2 ↓ (niebiesko-zielony) (wrzenie)

4Fe(OH) 2 (zawiesina) + O 2 (powietrze) → 4FeO(OH)↓ + 2H 2 O (t)

2Fe (OH) 2 (zawiesina) + H 2 O 2 (razb.) \u003d 2FeO (OH) ↓ + 2H 2 O

Fe (OH) 2 + KNO 3 (stęż.) \u003d FeO (OH) ↓ + NO + KOH (60 ° С)

Paragon fiskalny: wytrącanie z roztworu alkaliami lub wodzianem amoniaku w atmosferze obojętnej:

Fe 2+ + 2OH (razb.) = Fe(OH) 2

Fe 2+ + 2 (NH 3 H 2 O) = Fe(OH) 2+ 2NH4

Metawodorotlenek żelaza F eO(OH). Wodorotlenek amfoteryczny z przewagą właściwości zasadowych. Wiązania jasnobrązowe, Fe-O i Fe-OH są przeważnie kowalencyjne. Po podgrzaniu rozkłada się bez topienia. Nierozpuszczalne w wodzie. Wytrąca się z roztworu w postaci brązowego amorficznego polihydratu Fe 2 O 3 nH 2 O, który po utrzymywaniu w rozcieńczonym roztworze alkalicznym lub po wysuszeniu zamienia się w FeO (OH). Reaguje z kwasami, stałymi zasadami. Słaby środek utleniający i redukujący. Spiekany z Fe(OH)2. Produkt pośredni w rdzewieniu żelaza. Stosowany jest jako baza pod żółte farby mineralne i emalie, jako pochłaniacz spalin, jako katalizator w syntezie organicznej.

Skład połączenia Fe(OH) 3 nie jest znany (nie uzyskano).

Równania najważniejszych reakcji:

Fe 2 O 3 . nH2O→( 200-250 °С, —H 2 O) FeO(OH)→( 560-700°C w powietrzu, -H2O)→Fe 2 O 3

FeO (OH) + ZNS1 (razb.) \u003d FeCl 3 + 2H 2 O

FeO(OH)→ Fe 2 O 3 . nH 2 O-koloid(NaOH (stęż.))

FeO(OH) → N3 [Fe(OH) 6 ]biały, odpowiednio Na 5 i K 4; w obu przypadkach wytrąca się niebieski produkt o tym samym składzie i strukturze, KFe III. W laboratorium ten osad nazywa się błękit pruski, lub turnbull niebieski:

Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓

Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓

Nazwy chemiczne początkowych odczynników i produktów reakcji:

K 3 Fe III - heksacyjanożelazian (III) potasu

K 4 Fe III - heksacyjanożelazian (II) potasu

KFe III - heksacyjanożelazian (II) żelazo (III) potas

Ponadto jon tiocyjanianowy NCS - jest dobrym odczynnikiem dla jonów Fe 3+, łączy się z nim żelazo (III) i pojawia się jaskrawoczerwony („krwawy”) kolor:

Fe 3+ + 6NCS - = 3-

Za pomocą tego odczynnika (np. w postaci soli KNCS) można wykryć nawet śladowe ilości żelaza (III) w wodzie wodociągowej, jeśli przejdzie ona przez żelazne rury pokryte od wewnątrz rdzą.