Як отримують чавун? Сплав заліза з якою речовиною дозволяє отримати чавун?

Чавун — широко використовується в різних галузях промисловості метал, відрізняється чудовими експлуатаційними характеристиками. Процес його отримання відносно нескладний і дуже багато кроків в себе не включає. Виплавляють цей матеріал в домнах - особливих печах, що представляють собою щось на зразок збільшеної копії пробірки. Про те, як отримують чавун, і поговоримо далі у всіх подробицях.

Гірничо-збагачувальні комбінати

Основною сировиною, що використовується при виробництві чавуну є залізна руда. Добувають її в кар'єрах в різних місцях нашої країни. Як відомо, видобута руда містить велику кількість різноманітних домішок. Використовувати її для плавки чавуну в такому "сирому" вигляді, звичайно ж, не можна. Тому на першому етапі вона надходить на спеціальні підприємства — гірничо-збагачувальні комбінати. Тут з неї видаляють порожні породи і дроблять. Потім вже чисту руду вантажать у вагони потягів і відправляють на металургійні комбінати.

Процес агломерації

Власне, як отримують чавун, розглянемо трохи нижче. Зараз же поговоримо про те, як готується руда для виплавляння безпосередньо на металургійних виробництвах. Якщо для переплавки буде використаний звичайний дроблений матеріал, продуктивність доменної печі різко впаде. Справа в тому, що така шихта має низьку ступінь газопроникності. Тому перед завантаженням в домну руда в обов'язковому порядку проходить процес агломерації. Виконується ця процедура в спеціалізованих цехах металургійних комбінатів і являє собою процес спікання породи в шматки певного, найбільш підходящого для виплавки чавуну розміру. Відбувається злипання при високій температурі, достатньої для легкого розплавлення поверхні частинок шихти. В результаті останні просто-напросто склеюються один з одним, утворюючи шматки. При цьому попередньо руда змішується з вугіллям. В результаті горіння останнього і досягається необхідна для отримання шматків температура. Стимулюється процес агломерації шляхом пропускання через шар руди з вугіллям потоків повітря (зверху вниз).


Для отримання агломерату може використовуватися не тільки руда. Іноді його роблять також з невеликих шматків заліза. Його сплав з якою речовиною дозволяє отримати чавун, буде розглянуто нижче. Звичайно ж, для виробництва цього металу використовується не залізо в чушках. Переплавляють на чавун звичайний металобрухт.

Що відбувається в печі

Отже, давайте подивимося, як чавун отримують в домні. Зсередини піч такої конструкції облицьована цеглою. Принцип її роботи відносно простий. При виробництві чавуну, крім агломерату, використовуються кокс, вапно і флюс. Суміш з цих матеріалів готується в певній пропорції. Вона і називається доменної шихтою. Її насипають у спеціальні підйомники і піднімають на самий верх печі. Для того щоб кокс загорівся, необхідно велика кількість повітря, збагаченого киснем. Він подається у доменну піч знизу, через спеціальні отвори, звані фурменными. Вдувається він в піч під дуже великим тиском. Це необхідно для того, щоб повітря проник через пласт подається зверху шихти. При цьому попередньо потік підігрівається до 600-800 градусів, інакше температура всередині печі знизиться.
Отриманий при розправленні шихти чавун стікає вниз і з періодичністю приблизно один раз в 40 хв випускається назовні через спеціальний отвір, що називається річкою. Далі він переливається в чаші великої ємності і перевозиться в сталеплавильні цехи.

Відновлення і науглероживание заліза в печі

Всі домни працюють за принципом протитечії. При цьому в них почергово відбуваються наступні хімічні процеси:

Відновлення заліза. Відбувається цей процес послідовно і виглядає так: Fe 2 O 3 - Fe 3 O 4 - Fe - Fe. В якості відновника в даному випадку виступає оксид вуглецю (CO), що утворюється при взаємодії CO 2 з розпеченим коксом, а також твердий вуглець останнього.

Науглероживание заліза. Реакція в даному випадку виглядає так: 3 fe + 2CO = Fe 3 C + CO 2 + Q. Карбід Fe 3 C легко змішується з твердим залізом, в результаті чого і утворюється сплав останнього з вуглецем. Стікаючи вниз, він омиває шматки коксу і навуглецьовується ще більше. Окрім цього, у ньому розчиняються такі речовини, як марганець, сірка, кремній і т. д.

Таким чином, стає зрозуміло, доменний метал — це сплав заліза з якою речовиною. Отримати чавун можна просто шляхом навуглерожування розплаву шихти.

Відновлення інших елементів

Mn, кремній, сірка і фосфор потрапляють в доменну піч разом з шихтою у вигляді різних хімічних сполук. Вищі оксиди марганцю відновлюються до MnO приблизно за тим же принципом, що й залізо: MnO 2 - Mn 2 O 3 - Mn 3 O 4 - Mn. Чистий марганець виділяється так: MnO + C = Mn + CO - Q. Кремній попадає в піч у вигляді кремнезему SiO 2 . Відновлення відбувається по реакції SiO 2 + 2C = Si + 2CO - Q. Фосфор відновлюється воднем, твердим вуглецем і CO і, на жаль, переходить в чавун практично повністю. Цей елемент погіршує доменний сплав заліза. Дозволяє отримати чавун хорошої якості присутній в шихті кремнезем, а також вищі оксиди марганцю. Mn в деяких випадках додається в домну спеціально. При цьому виходить особливий вид чавуну — марганцевий.

Видалення сірки

Питання про те, як отримати чавун хорошої якості, зводиться в тому числі і до очищення його від цього небажаного елементу. Сірка є основною шкідливою домішкою, що значно погіршує властивості кінцевого продукту виплавки. Основна її кількість міститься в коксі. Видаляють сірку шляхом підвищення вмісту в шихті вапна (CaO) та збільшення температури в горні. Реакція в даному випадку виглядає так: FeS + CaO = FeO + CaO + Q. Для зниження відсотка вмісту сірки в чавуні можуть використовуватися і інші способи. Наприклад, іноді вже виплавлений матеріал обробляється у випускному жолобі або чаші з содою. При цьому видалення сірки відбувається в результаті реакції FeS + NaCO 3 = FeO + Na 2 S + CO 2 .

Утворення шлаку

Таким чином, ми з вами з'ясували, як отримують чавун. Однак при виплавці цього матеріалу виходить і ще один, який широко використовується в народному господарстві продукт. При плавці 1 т чавуну виходить 06 т шлаку. Справа в тому, що навіть в очищеній залізній руді міститься досить-таки велика кількість глини. До складу коксу ж входить зола. Для видалення цих непотрібних елементів до шихті, крім усього іншого, домішують флюси (карбонати кальцію і магнію). У процесі плавки вони вступають в хімічну реакцію з різного роду домішками, в результаті чого і утворюється шлак. Представляє він собою алюмосилікатний або силікатний розплав. Щільність шлаку менше, ніж рідкого чавуну. Тому в процесі плавки він розташований під ним. Видаляють його періодично через окрему річку, звану шлакової. Використовується цей побічний продукт чавуноливарного виробництва в основному для виготовлення цементу та будівельних блоків в якості наповнювача.

Види чавуну

Як бачите, питання про те, як отримати чавун у домні, відносно нескладний. В кінцевому підсумку, однак, з печі може виходити матеріал, трохи відрізняється за хімічним складом і фізичними властивостями. Всі чавуни в основному поділяються на два різновиди: передельные (білі) та ливарні (сірі). Перший тип використовується як сировина при виробництві сталей. Ливарний застосовують для отримання різного роду чавунних виробів, які користуються на ринку непоганим попитом.

Білий чавун

Частка цієї різновиди виплавленого в доменних печах металу становить 75-80%. Основними властивостями такого чавуну є: велика твердість, крихкість і зносостійкість. Марганцю і сірки в ньому міститься зазвичай більше, ніж у ливарному. Обробці білий чавун піддається насилу. Використовувати для виготовлення з нього будь-яких виробів звичайні ріжучі інструменти сучасних верстатів не можна. Зате сталь отримують з чавуну цього різновиду досить-таки просто. Підрозділяється переробний доменний метал в залежності від способу подальшої переплавки на три класи: мартенівський (М), бесемерівський (Б) і томасівський (Т).

Ливарний чавун

Вуглець у цьому матеріалі в основному міститься у виді вільного графіту, має у своєму складі кремній. Він поставляється для виготовлення чавунних виробів у вигляді чушок. Маркується цей матеріал літерою "Л" і цифрами від "1" до "6", в залежності від призначення. Існує також рафінований магнієм ливарний чавун, помечаемый літерами "ЛР". Ну що ж, сподіваємося, ми в достатньо повній мірі відповіли на питання про те, сплав заліза з якою речовиною дозволяє отримати чавун. Це звичайний вуглець, текст в доменній печі входить до складу руди кисень. Основні властивості чавуну залежать від кількості вхідних в його склад домішок: марганцю, фосфору, кремнію і сірки.