Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Железные руды богаты металлом и специальных методов их обогащения не требуется. Однако применяется агломерация, т. е. спекание руды по определенной крупности; этот процесс одновременно понижает содержание серы. Руды никеля и кобальта подвергаются сложному обогащению, так как чаще всего они полиметал-личны, т. е. содержат несколько различных металлов, сульфиды или арсениды которых предварительно надо отделить друг от друга. Это достигается селективной флотацией.
. Железо получали из природных соединений уже в глубокой древности. Оно выплавлялось в печах «домницах» небольшого объема, на древесном угле и при относительно низкой температуре, значительно ниже температуры плавления чистого железа. Железо получалось в виде крицы, которую специальной проковкой превращали в монолитный металл. Железо, восстановленное в условиях ниже температуры плавления, получалось весьма чистым, так как в твердом состоянии оно почти не насыщалось примесями.
Необходимость получения больших масс железа вызывала увеличение объема доменных печей, применение каменного угля в виде кокса, содержащего большое количество серы. Повышение температуры доменного процесса позволило получать готовый продукт — чугун — в жидком состоянии, обеспечивая этим непрерывность процесса. Однако чугун — это сплав железа с углеродом; растворяя в себе углерод, железо понижает свою температуру плавления и одновременно насыщается рядом примесей (Мп, 51, Б, Р), из которых сера и фосфор являются вредными.
Современные доменные печи — это огромные агрегаты с подогревом и обогащением воздуха, работающие по автоматическому циклу. Основой регулирования доменного процесса являются два
362
параметра: температура и парциальное давление СО в атмосфере доменной печи. В самом деле, восстановление руды разбивается на несколько4 стадий по высоте шахты доменной печи (устройство которой известно из курса средней школы):
ЗРеп03 + СОч* 2Ре304 + СО, (1)
Ре304 + С05± ЗРеО + СО,, (2)
РеО + СОч?ре + С02 (3)
Константа равновесия определяется во всех случаях по формуле
(%СО) 1{п-
Температура и концентрация СО определяют не только равновесие, но и кинетику процесса восстановления. При температурах процесса (3) идет интенсивное поглощение углерода железом:
ЗРе + 2СОч* [Ре3С] + СОа
Получающийся карбид железа уходит в раствор железа, а С02 вновь превращается в СО за счет реакции с твердым углеродом
К0КСа: СОя + №2СО
Железо со своим карбидом образует сложную диаграмму плавкости (см; рис. 187). При плавке в доменной печи добавляют флюс, обычно СаС03 и 5Ю2, в определенных отношениях. Флюс, превращаясь в шлак, позволяет извлекать из металла серу и отчасти фосфор:
СаО + РеБ + Сч* СаБ + + СО
Шлак доменных печей, содержащий СаО, А1203, 8Ю2, используется для приготовления цемента.
Выходящий из доменных печей колошниковый газ, содержащий высокий процент СО, используется в силовых установках, обслуживающих доменную печь, и для подогрева дутья. Чугун разливают в изложницы или сразу, еще в жидком виде, отправляют для переработки на сталь.
По ГОСТ 3443—46 выпускают доменный чугун различных составов, но в основном это литейный чугун с содержанием углерода около 3%, из которого отливают детали машин, конструкций, станины станков, трубы и т. д., и передельный, предназначенный для переработки на сталь, содержащий углерода до 6% и больше марганца и кремния.
В настоящее время разработай бездоменный процесс получения железа в горизонтально-наклонных печах с последующей магнитной сепарацией. Этот процесс более низкотемпературный. Железо в нем получается в твердом состоянии и значительно чище, а кроме того, он позволяет использовать руды, более бедные металлом. Роль этого процесса пока невелика, но он является перспективным. В одиннадцатом и двенадцатом пятилетних планах предусмотрено развитие метода прямого получения железа из руд в крупных промышленных масштабах.
363
Получение стали из чугуна в настоящее время осуществляется тремя методами: 1) конверторная сталь, включая и конверторы с обогащенным и кислородным дутьем; 2) мартеновская сталь, получаемая в печах Сименс — Мартена с регенерацией теплоты отходящих газов; 3) электросталь, получаемая в электродуговых, индукционных и высокочастотных печах. Этот металлургический процесс обычно применяется для получения высоколегированных сталей с особыми свойствами. Сущность сталеплавильного процесса сводится к окислению примесей в чугуне и снижению содержания угле-
Р0да: Б!+ Ои-*8Юг; 2Мп + 02-*2МпО
2СаО + 4Ре3Р + 50,,-^2Са(Р03)., + 12Ре
Продукты окисления отводятся в шлак, который, будучи основным, дополнительно связывает серу:
РеБ + СаО-^РеО + СаБ Окисление углерода идет по реакции
2Ре3С + 0,,-+-6Ре+2СО|
Выделение СО называется процессом «кипения» стали. После удаления примесей сталь освобождается от избытка кислорода — раскисляется — добавлением ферросилиция, ферромарганца, а иногда ферротитана.
В связи с повышенными требованиями промышленности предусмотрены мероприятия по улучшению качества металла путем вакуумного, электрошлакового, плазменного и электронно-лучевого переплава металла. В процессе выплавки конверторной стали широко применяют продувку инертными газами, обработку стали синтетическими шлаками для повышения качества выплавляемых сталей.
