4.
Производство чугуна
Теория
Металлы и их сплавы применяются во всех отраслях промышленности, в сельском хозяйстве, в медицине и в быту. Чаще всего используются сплавы железа — чугун и сталь. Рассмотрим особенности производства чугуна.
Чугун — сплав железа с более \(2,14\) \(\%\) углерода, содержащий примеси кремния, серы, фосфора, марганца.
Сырьё для получения чугуна
Вид сырья | Название | Формула основного вещества |
| Железная руда | Красный железняк (гематит) | |
| Магнитный железняк (магнетит) | ||
| Бурый железняк (лимонит) | ||
Пирит (железный колчедан, серный колчедан) | ||
| Восстановитель | Кокс | \(C\) |
| Флюсы | Известняк |
Аппарат
Выплавка чугуна осуществляется в доменных печах.
Рис. \(1\). Доменная печь
Технологическая цепочка
1. Подготовка руды:
- измельчение крупных кусков;
- спекание мелких частиц с углём (агломерация).
2. Загрузка шихты (руда, кокс, флюсы) в доменную печь сверху через засыпной аппарат. Аппарат устроен так, что доменные газы во время загрузки в воздух не попадают. Снизу подаётся нагретый воздух.
3. В доменной печи сгорает кокс. Образовавшийся углекислый газ поднимается вверх и реагирует с коксом с образованием угарного газа.
4. Угарный газ постепенно восстанавливает оксиды железа до железа.
5. Образующееся железо опускается в нижнюю часть печи, растворяет углерод и превращается в чугун. Расплавленный чугун собирается внизу печи.
6. В печи флюсы разлагаются. Они реагируют с оксидом кремния, образуя легкоплавкий шлак. Шлак собирается над чугуном.
7. Чугун и шлак периодически выпускают через лётки (отверстия).
Научные принципы производства
К научным принципам доменного производства относятся:
- непрерывность процесса;
- периодичность выгрузки продуктов;
- противоток твёрдых веществ и газов;
- оптимальная температура проведения реакций;
- оптимальная поверхность соприкосновения газов и твёрдых веществ;
- использование теплоты экзотермических реакций;
- автоматизация процесса;
- защита окружающей среды.
Химические реакции
Сгорание угля:
Образование угарного газа:
Ступенчатое восстановление железа из железной руды:
Разложение известняка:
Образование шлака:
Продукты
- Чугун — сплав железа с углеродом (\(>\)\(~\)\(2,14\)\(~\)\(\%\)), содержащий примеси кремния, марганца, серы, фосфора. Неоднородный по структуре. В основном переплавляется в сталь. Используется для производства станков, радиаторов отопления, втулок, шестерён и т. д.
- Шлак — материал, состоящий в основном из силикатов. Используется для производства строительных материалов.
- Газы содержат оксиды углерода.
Источники:
Рис. 1. Доменная печь. © ЯКласс.