ХІМІЯ – Комплексна підготовка до зовнішнього незалежного оцінювання
РОЗДІЛ II. НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
8. Металічні елементи та їхні сполуки. Метали
8.1. Загальні відомості про металічні елементи та метали
8.1.6. Сплави на основі заліза (чавун, сталь)
Чавун і сталь – це сплави на основі заліза. Цикл чорної металургії включає в себе:
– чавунно-доменне виробництво1;
– виробництво сталі та феросплавів;
– виробництво прокату та інших виробів.
Існують підприємства повного циклу, які випускають і чавун, і сталь,
Виробництво чавуну
Чавун виплавляють в основному в доменних печах за високих температур (2000 °С). Чавун – це зазвичай крихкий став заліза з вуглецем (2,14-6,67 %), який містить домішки Силіцію, Мангану, Фосфору та Сульфуру (сума їхніх масових часток перевищує 8 %), а іноді й легувальні елементи (Алюміній, Хром, Ванадій, Нікол тощо).
У домну завантажують залізну руду (гематит Fe2О3, магнетит FeO · Fe2О3), кокс (С) і флюси (вапняк), що необхідні для зв’язування пустої породи (піску), яку містить будь-яка руда. Кокс згорає:
Кальцій карбонат розкладається:
Кальцій оксид реагує із силіцій оксидом:
Кальцій силікат легко відокремлюється у вигляді легкоплавкого шлаку2.
Вуглекислий газ відновлюється до СО:
Процес відновлення оксидів Феруму проходить у кілька стадій:
Оксиди низки елементів (Мангану, Сульфуру, Фосфору) також відновлюються до неметалів:
Частина відновленого заліза реагує з коксом і карбон(ІІ) оксидом, утворюючи ферум карбід Fe3C (цементит):
Утворений чавун крихкий, не піддається ковці та прокату.
Виробництво сталі
Сталь – це сплав заліза з вуглецем (з масовою часткою вуглецю від 0,022 до 2,14 %), що робить її твердішою і менш в’язкою, ніж залізо, і пластичнішою, ніж чавун. Сталь виплавляють із чавуну трьома основними методами: киснево-конверторним (63 % світового виробництва сталі), варкою сталі в електропечах3 (більше 30 %) та мартенівським (2,2 %)4 . Через розплавлений чавун продувають кисень, домішки вигорають, їх видаляють у вигляді шлаку5:
Кисень, який надходить до печі, окислює також і частину заліза:
Утворений оксид, відновлюючись, окислює домішки, які містяться в чавуні:
Ці оксиди утворюють шлаки.
Леговані сталі можуть містити інші – металічні та неметалічні – домішки (до 50 %). Вони значним чином впливають на властивості сплаву.
______________________________________________________
1 На заміну йому приходять значно дешевші методи прямого відновлення заліза з руди за допомогою синтез-газу (суміші карбон(ІІ) оксиду і водню): отримують губчасте залізо, яке йде в електричну піч для виплавки сталі.
2 Потужне металургійне виробництво (Україна посідає 6-те місце у світі з виробництва чавуну) накопичує величезні кількості шлаку у відвалах. Шлаки та інші відходи чорної та кольорової металургії, різноманітних гірничо-збагачувальних комбінатів, електростанцій можуть вкривати значні території навколо цих підприємств, створюючи серйозну екологічну проблему, зокрема, стають джерелом токсичного, радіоактивного забруднення грунту, грунтових вод і водойм, атмосфери.
3 Існує два методи: дуговий та індукційний. Обидва цінні тим, що виплавку сталі можна проводити в будь-якій атмосфері (або у вакуумі), що відповідно відбивається на властивостях кінцевого продукту. На початку 60-х років у Києві у Всесоюзному інституті електрозварювання ім. Є. О. Патона було розроблено спосіб електрошлакової переплавки сталі (а кілька років потому співробітниками Центрального НДІ чорної металургії ім. І. П. Бардіна – ще простіший та ефективніший).
4 3 1970 p. у світі нові мартенівські печі не будують. В Україні цим методом виплавляють більше 40 % сталі (2008 p.).
5 Томасшлак (приблизний склад – Са3(РО4)2 · СаО) – цінне мінеральне добриво, продукт взаємодії фосфор оксиду Р2О5 з вапном СаО. Утворюється у вигляді шлаку під час конверторного добування сталі:
Р2О5 + 3СаО = Са3(РО4)2
(1 votes, average: 5,00 out of 5)