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):

[pic]

Кокс сгорает до оксида углерода (IV), при этом выделяется теплота,

необходимая для расплавления железа, шлаков, а также проведения самой

реакции:

[pic]

Оксид углерода (IV) восстанавливается коксом до оксида углерода (II):

[pic]

Побочные процессы: одновременно восстанавливаются оксиды других элементов,

содержащихся в железной руде:

[pic]

Содержащаяся в руде тугоплавкая примесь (оксид кремния) удаляется в

виде шлака взаимодействием с оксидом кальция:

[pic]

Оксид кальция образуется при разложении известняка или доломита:

[pic]

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:

[pic]

Образовавшийся оксид железа (II) тоже принимает участие в окислении

примесей:

[pic]

Оксиды кремния и фосфора с известью образуют шлак:

[pic]

Побочные процессы: для удаления образующегося оксида железа (II)

добавляют ферромарганец (так называемый раскислитель):

[pic]

Оксид марганца (II) переходит в шлак:

[pic]

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.