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
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
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.
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-
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 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...