Predmety


Чавун і сталі – МЕТАЛИ ПОБІЧНИХ ПІДГРУП

ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Частина II. НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ

Розділ 14. МЕТАЛИ ПОБІЧНИХ ПІДГРУП

§ 14.9. Чавун і сталі

Виплавлений у домні чавун містить феруму близько 93 %, карбону до 4,5 %, силіцію 0,5-2 %, мангану 1-3 %, фосфору 0,02-2,5 % і сульфуру 0,005-0,08 %. Чавун крихкий, не піддається куванню і прокатуванню. Розрізняють два види чавуну: сірий та білий.

Сірий чавун містить карбон у вигляді графіту і на зломі має сірий колір. У техніці він застосовується для лиття (відливання важких частин машин, маховиків, плит тощо).

Білий чавун містить карбон головним чином у вигляді цементиту Fe3C, він світліший за сірий. Весь білий чавун іде на подальшу переробку на сталь.

У твердій сталі вміст карбону становить від 0,3 до 1,7 %. У м’якій сталі (раніше її називали ковким залізом) карбону міститься до 0,3 %. Сталь на відміну від чавуну легко піддається куванню і прокатуванню. При швидкому охолодженні вона виходить дуже твердою, при повільному – м’якою. М’яку сталь легко обробляти. З неї виготовляють цвяхи, болти, дріт, дахове залізо, деталі машин. З твердої сталі виготовляють інструменти. Велике значення у сучасній техніці мають леговані сталі. Вони містять так звані легуючі елементи, до яких на лежать хром, нікель, молібден, ванадій, вольфрам, марганець, мідь, кремній та ін. Легуючі елементи додають для надання сталі певних властивостей. Так, хромонікелеві сталі, що містять крім обов’язкових домішок хром і нікель, мають високі механічні та антикорозійні властивості, а також є жаростійкими. З них виготовляють численні частини машин і предмети домашнього вжитку (нержавіючі ложки, виделки та ін.). Хромомолібденові та хромованадієві сталі тверді й міцні при підвищених температурах і тисках. Вони йдуть на виготовлення трубопроводів, деталей авіадвигунів та компресорів. З хромовольфрамових сталей виготовляють різальні інструменти. Марганцевисті сталі дуже стійкі до тертя та удару.

Завдання переробки чавуну на сталь зводиться до видалення з нього надлишку карбону та інших домішок. Це досягається шляхом їх окиснення. При високій температурі кисень легко сполучається з карбоном та іншими домішками, утворюючи оксиди. Оксид карбону(ІІ) видаляється у вигляді газу, а решта оксидів, реагуючи з флюсами, утворюють шлак, що спливає на поверхню сталі.

Особливо небажаний у сталях підвищений вміст фосфору та сульфуру: фосфор робить сталь ламкою, а сульфур призводить до утворення тріщин при обробці розжареної сталі. Ці домішки видаляють, додаючи до розплавленого чавуну вапно. Оксид фосфору(V) Р2О5 з вапном утворює томасівський шлак складу Са3(РO4)2 ∙ СаО:

Р2О5 + 4СаО = Са3(РO4)2 СаО.

Процес видалення сульфуру можна зобразити рівнянням:

FeS + СаО = CaS + FeO.

Томасівський шлак використовують як фосфорне добриво.

Основними способами переробки чавуну на сталь є мартенівський та електротермічний. При мартенівському способі процес здійснюють в особливих печах, які називають полуменевими регенеративними мартенівськими печами (рис. 14.2). У плавильну ванну печі завантажують чавун, а також залізний брухт, чисту руду (вони містять кисень) і вапно (флюс). Піч обігрівається газом, який згоряє над завантаженою ванною. Температура в печі досягає 1 800°С. Шихта плавиться, і відбувається окиснення коксу та домішок, що містяться в чавуні, киснем повітря, яке надходить у піч разом з горючими газами, а також киснем залізного брухту і руди. При мартенівському способі добування сталі кисневе дуття сильно інтенсифікує процес: підвищується продуктивність печей, зменшується витрата палива, збільшується вихід сталі, поліпшується її якість.

 Чавун і сталі   МЕТАЛИ ПОБІЧНИХ ПІДГРУП

Рис. 14.2. Мартенівська піч для переробки чавуну на сталь:

1 – газ; 2 – повітря; 3 – чавун; 4 – продукти згоряння

У мартенівській печі легко добувати леговані сталі. Для цього необхідно перед закінченням плавки добавити необхідні метали або сплави.

Проте леговані сталі виплавляють звичайно в особливих електричних печах при температурі понад З 000°С. Це – електротермічний спосіб, який застосовують для добування сталей, що містять тугоплавкі метали – молібден, вольфрам та ін.

Мартенівським способом виробляють близько 85 % сталі. Поряд з ним застосовують бесемерівський і томасівський способи.

При бесемерівському способі розплавлений чавун надходить до спеціального конвертера (рис. 14.3) – як правило, груше-

 Чавун і сталі   МЕТАЛИ ПОБІЧНИХ ПІДГРУП

Рис. 14.3. Конвертер для виплавляння сталі з чавуну

Подібної стальної посудини, викладеної всередині вогнетривким матеріалом (футеровкою). Посудина може обертатися. Через конвертер продувається повітря. Однак при цьому способі переробки чавуну вміст сульфуру та фосфору в ньому майже не зменшується, що є недоліком способу.

Томасівський спосіб застосовують для переробки чавуну, який виплавляють із залізних руд, багатих на фосфор. Головна відмінність цього способу від бесемерівського полягає в тому, що футеровка конвертера виготовляється з доломітової маси, а в конвертер додають вапно для зв’язування оксиду фосфору(V), що утворюється в результаті згоряння фосфору. Шлак, який при цьому утворюється, називається томасівським і містить близько 20 % Р2О5. Хімізм усіх способів добування сталі однаковий.

Чисте залізо, як просту речовину, можна добути відновленням оксиду феруму воднем при нагріванні, а також електролізом розчинів його солей.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (No Ratings Yet)
Loading...