Главная >> Химия 9 класс. Кузнецова

Глава 11. Производство неорганических веществ и их применение

Металлургия

Производство стали

Процесс получения стали заключается в возможно полном удалении примесей, содержащихся в чугуне (серы, фосфора, кремния и др.), и уменьшении содержания углерода. Эти примеси крайне нежелательны, так как они отрицательно влияют на свойства стали — делают ее ломкой при обработке. Примеси удаляют, окисляя чугун кислородом воздуха. При соприкосновении кислорода с жидким чугуном окисляются не только примеси, но и железо, которое переходит в оксид железа (II). Образовавшийся FeO также принимает участие в окислении примесей (С, Mn, Si, Р). После окончания окислительных реакций остаток FeO необходимо удалить, так как он ухудшает свойства стали. С этой целью в расплавленную сталь добавляют так называемые раскислители, например ферромарганец. Марганец реагирует с оксидом железа, образовавшийся оксид марганца выводят в виде шлака — силиката марганца.

При выплавке стали необходимо также удалить образующиеся оксиды кремния и фосфора. Для этого в процессе выплавки стали к перерабатываемому чугуну добавляют известь СаО. Известь реагирует с SiO₂ и Р₂O₅. Образующиеся шлаки — силикат и фторо- фосфат кальция — легкоплавкие вещества. Они всплывают на поверхность расплавленной стали и затем удаляются. Химические реакции, протекающие при производстве стали, представлены на схеме 13.

Перспективные технологии получения металлов

1. Прямое восстановление железа из руд, минуя стадию производства чугуна. Существует несколько способов прямого получения железа. Наибольшее распространение получили процессы получения губчатого железа и металлизированных окатышей из высококачественных руд и рудных концентратов восстановлением в шахтных печах газообразными восстановителями. В России этот процесс осуществляется на Старо-Оскольском электрометаллургическом комбинате. Процесс осуществляется по следующей схеме: руда непосредственно в карьере перерабатывается в концентрат — смешивается со связующими материалами (известью) и окусковывается в окатыш определенного размера. Сырые окатыши загружаются в реактор, где противотоком осуществляется восстановление железа конвертированным газом (60% водорода и 35% оксида углерода (II), полученного из метана: СН₄ + СO₂ = 2СО + 2Н₂). В результате получают металлизированные окатыши, содержащие 90-93% железа, они поступают в дуговую печь для выплавки стали, где окончательно избавляются от примесей. Преимущества этого метода очевидны: процесс протекает при более низкой температуре, уменьшаются затраты на проведение плавки — не требуется топлива (кокса), устраняется загрязнение окружающей среды. Сталь, полученная по этому методу, отличается особой чистотой.

2. Безазотная плавка стали. Азот, содержащийся в воздухе, которым окисляются примеси в чугуне, растворяется в полученной стали и ухудшает ее свойства. Поэтому стали широко использовать кислородно-конвертерный способ, где воздух полностью заменяют кислородом. Это позволяет интенсифицировать реакции окисления и улучшить свойства полученной стали.

3. Конструирование строения металлов при их выплавке. Металлы и сплавы особой чистоты и заданного кристаллического строения получают при выплавке в условиях невесомости (в космосе). Эти эксперименты осуществляются на российских космических орбитальных станциях.

Широкому применению перспективных технологий пока препятствуют следующие факторы: большая стоимость используемой техники, очень большая энергоемкость, низкая производительность установок по сравнению с традиционными способами.

В настоящее время интенсивно развивается новое направление в создании принципиально новых материалов — нанотехнологии.

Нанотехнологии — это технологии изготовления сверхмикроскопических конструкций из мельчайших частиц материи.

Наноматериалы — соединения, структурные элементы которых имеют размеры не более ста нанометров (нм). Примерами использования таких материалов могут быть мельчайшие нанотрубеи, применяемые в катализе, источниках тока и др. Нанотехнологии находят широкое применение в электронике, медицине, приборостроении и т. д.

<<< К началу параграфа