Доменний процес – МЕТАЛИ ПОБІЧНИХ ПІДГРУП

ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Частина II. НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ

Розділ 14. МЕТАЛИ ПОБІЧНИХ ПІДГРУП

§ 14.8. Доменний процес

Добування заліза з руд грунтується на відновленні його оксидів оксидом карбону(ІІ) та вугіллям (коксом). При цьому утворюється не чисте залізо, а сплав його з вугіллям та іншими домішками (кремнієм, марганцем, сіркою, фосфором). Цей сплав називається чавуном (див. § 14.9).

Виплавку чавуну здійснюють у доменних печах, або домнах. Це складна споруда об’ємом 5 000 м3 і заввишки до 80 м з внутрішньою

обкладкою з вогнетривкої цегли і стальним зовнішнім кожухом (для міцності). Верхня половина домни називається шахтою, верхній отвір – колошником, найширша частина – розпаром, нижня частина – горном.

Схему доменного процесу та його хімізм зображено на рис. 14.1.

Вихідні матеріали: шихта – руда, що містить оксид феруму, а також кокс, флюси (плавні). Кокс є джерелом теплоти, а також використовується для добування відновника-оксиду карбону(ІІ). Флюси перетворюють пусту породу на легкоплавкі сполуки – шлаки.

Домну завантажують через колошник вихідними матеріалами (пошарово). Горіння і необхідна

температура підтримуються вдуванням крізь спеціальні отвори в горні гарячого повітря. Продуктивність домни підвищується приблизно на V3 під час вдування повітря, збагаченого киснем, тобто при застосуванні кисневого дуття.

У верхній частині горна, де температура досягає 1 850°С, відбувається інтенсивне згоряння коксу в струмені повітря, яке вдувається, нагрітого до 600-800°С:

С + O2 = СО2.

Доменний процес   МЕТАЛИ ПОБІЧНИХ ПІДГРУП

Рис. 14.1. Хімізм доменного процесу

Оксид карбону(IV), проходячи крізь розжарений кокс, перетворюється на оксид карбону(ІІ):

СО2 + С = 2СО.

Оксид карбону(ІІ) поступово відновлює руду. При температурі 450-500°С з оксиду феруму(ІІІ) Fe2O3 утворюється оксид феруму(ІІ, III) Fe3O4:

ЗFе2О3 + CO = 2Fe3O4 + CO2.

При 600°C Fe3O4 відновлюється до оксиду феруму(ІІ):

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2,

А при температурі близько 700°C оксид заліза(ІІ) відновлюється до вільного металу:

FeO + CO = Fe + СО2.

Разом з оксидом вуглецю(ІІ) при високих температурах у відновленні оксидів феруму використовують вугілля (кокс): FeO + С = Fe + CO.

Відновлення заліза з руди закінчується приблизно при 1100°С. При цій температурі частково відновлюються кремній, марганець і фосфор з їх сполук, які містяться в руді у вигляді домішок. Ці процеси можна виразити рівняннями:

SiO2 + 2С = Si + 2СО; МnО + С = Мn + СО;

Са3(РO4)2 + 5С = 2Р + ЗСаО + 5СО.

Сірка, що міститься у вихідних матеріалах у вигляді сполук (CaSO4, FeS та інші), частково перетворюється на сульфід феруму FeS, добре розчинний у чавуні.

Відновлене залізо поступово опускається вниз і, контактуючи з розжареним коксом і оксидом карбону(ІІ), утворює карбід феруму (цементит):

3Fe + С = Fe3C;

3Fe+ 2СО = Fe3C +СО2.

При цьому температура плавлення навуглецьованого заліза знижується до 1 200°С. Розплавлене залізо розчиняє у собі вуглець, цементит, кремній, марганець, фосфор, сірку і утворює рідкий чавун.

Пуста порода, що міститься у руді, складається в основному з кремнезему та інших оксидів. Для її видалення до вихідних матеріалів додають флюси – найчастіше вапняк СаСО3. При високій температурі вапняк розкладається:

СаСО3 = СаО + СО2.

Оксид кальцію взаємодіє з речовинами пустої породи, утворюючи шлаки – головним чином силікати та алюмосилікати кальцію.

Рідкі чавун і шлак стікають у горно, причому шлак, як легший, збирається над чавуном, захищаючи його від дії кисню. Чавун і шлак випускають крізь отвори, розташовані на різних рівнях (див. рис. 14.1).

Газ, що виходить з домни, називають колошниковим, або доменним. Він містить до 30 % оксиду карбону(ІІ), азот, оксид карбону(ІV) і використовується для розжарювання спеціальних споруд – доменних повітронагрівників (кауперів), у яких підігрівається до 600-800°С повітря, що подається в домну.


1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...


Ви зараз читаєте: Доменний процес – МЕТАЛИ ПОБІЧНИХ ПІДГРУП