Производство чугуна и стали

1.

Производство чугуна и стали
Прохорова Варя 11б

2.

ЧУГУН
Металлы и их сплавы применяются во всех отраслях промышленности, в
сельском хозяйстве, в медицине и в быту. Чаще всего используются
сплавы железа - чугун и сталь. Рассмотрим особенности производства
чугуна.
Чугун - сплав железа с более 2,14 % углерода, содержащий примеси
кремния, серы, фосфора, марганца.

3.

Сырье для получения чугуна
Вид сырья
Название
Формула основного вещества
Железная руда
Красный железняк (гематит)
Fe2O 3
Магнитный железняк
(магнетит)
Fe3 O4
Бурый железняк
(лимонит)
Fe2O 3 • n H2O
Пирит
(железный колчедан, серный
колчедан)
Fe2S
Восстановитель
Кокс
C
Флюсы
Известняк
CaCO3

4.

Аппарат
Выплавка чугуна осуществляется в
доменных печах.

5.

Технологическая цепочка
1. Подготовка руды.
• измельчение крупных кусков;
• спекание мелких частиц с углём (агломерация).
2. Загрузка шихты (руда, кокс, флюсы) в доменную печь сверху через засыпной аппарат.
Аппарат устроен так, что доменные газы во время загрузки в воздух не попадают. Снизу
подаётся нагретый воздух.
3. В доменной печи сгорает кокс. Образовавшийся углекислый газ поднимается вверх и
реагирует с коксом с образованием угарного газа.
4. Угарный газ постепенно восстанавливает оксиды железа до железа.
5. Образующееся железо опускается в нижнюю часть печи, растворяет углерод и превращается
в чугун. Расплавленный чугун собирается внизу печи.
6. В печи флюсы разлагаются. Они реагируют с оксидом кремния, образуя легкоплавкий шлак.
Шлак собирается над чугуном.
7. Чугун и шлак периодически выпускают через лётки (отверстия).

6.

Научные принципы производства
К научным принципам доменного производства относятся:
• непрерывность процесса,
• периодичность выгрузки продуктов;
• противоток твёрдых веществ и газов;
• оптимальная температура проведения реакции;
• оптимальная поверхность соприкосновения газов и твёрдых веществ;
• использование теплоты экзотермических реакций;
• автоматизация процесса;
• защита окружающей среды.

7.

Химические реакции
● Сгорание угля: C + O2 = CO2
● Образование угарного газа: CO2 + С = 2 СО.
● Ступенчатое восстановление железа из железной руды:
1.
3 Fe2O3 + CO = 2 Fe3O4 + CO2
2.
Fe3O4 + CO = 3FeO +CO2
3.
FeO + CO = Fe +CO2
● Разложение известняка:
CaCO3= CaO +CO2
● Образование шлака:
CaO + SiO2= CaSiO3.

8.

СТАЛЬ
Сталь - сплав железа с углеродом, в котором менее 2,14 %
последнего и небольшое количество примесей.
Сталь получают из чугуна. Сущность процесса заключается в
уменьшении содержания углерода, серы, кремния, фосфора и
марганца.

9.

Аппараты
Сталь выплавляют в электропечах и кислородных конвертерах. До недавнего
времени использовались также мартеновские печи.

10.

Химические реакции
1. Расплавленное железо окисляется кислородом.
2Fe + O2 = 2 FeO.
2. Образовавшийся оксид железа (Il ) взаимодействует с примесями, содержащимися в
расплаве, окисляет их и превращает в оксиды:
FeO + C= Fe+ CO;
2FeO + S = 2Fe + SO2;
FeO + Mn = Fe + MnO;
2FeO + Si = 2Fe + SiO2;
5FeO + 2P = 5Fe + P2O5.
3. Газообразные оксиды выводятся из аппарата.
Твердые оксиды реагируют с оксидом кальция, который получается при разложении
известняка:
CaCO3 = CaO + CO2;
CaO + SiO2 = CaSiO3;
3CaO + P2O5 = Ca3(PO4)2