Глава 11. Производство неорганических веществ и их применение

§ 60. Металлургия

Назовите известные вам химические и физические свойства металлов.

Металлургией называют отрасль промышленности, производящую металлы из руд и другого сырья. Различают черную (производство железа, марганца и их сплавов) и цветную (производство всех остальных металлов и сплавов) металлургию.

Сырьем черной и цветной металлургии являются различные руды: железные, медные, алюминиевые и др. Руды — природные вещества сложного состава, в основном содержащие оксиды и соли металлов. На современном уровне развития технологии считается рентабельной переработка железных руд, содержащих не менее 30% Fe.

Металлургические процессы осуществляются в несколько стадий:

1) обогащение сырья (отделение руды от пустой породы);
2) выделение из руды металла с помощью химических реакций;
3) механическая обработка полученного металла (литье, формование).

В металлургии применяются современные принципы организации производства и закономерности химической технологии.

Ведущими в металлургии являются производства чугуна и стали. Они классифицируются по содержанию в них углерода (схема 12). Это автоматизированные производства. Применение компьютерной техники и робототехники позволило значительно улучшить производительность и повысить качество выпускаемой продукции. Например, в современном доменном производстве контролируется 400-500 характеристик параметров плавки — они регистрируются и анализируются с помощью мощной ЭВМ. Специальные устройства позволяют проводить экспресс-анализ, анализировать состав и свойства чугуна и стали непосредственно в ходе плавки.

Сплавы железа с углеродом

Технический прогресс позволил значительно улучшить условия труда людей на металлургических производствах: для сталеваров созданы специальные застекленные пульты управления плавкой, используются специальные системы звукоподавления, снижающие уровень шума, кондиционеры, поддерживающие нормальную температуру, и др.

Существующие технологии позволяют существенно повысить и экологическую безопасность металлургических производств.

Производство чугуна

Чугун из железных руд и плавильных материалов (шихты) получают в специальных печах — домнах (табл. 44). В качестве топлива используют кокс.

В доменной печи непрерывно движутся навстречу друг другу два потока: сверху вниз плавильные материалы, а снизу вверх — горячие восстановительные газы, образующиеся в результате горения топлива и реакций с составляющими шихты. Восстановительные газы восстанавливают железо из руд. Частично восстанавливаются из оксидов и примеси — марганец, кремний, фосфор и сера. Восстановленное железо в жидком состоянии растворяет эти элементы, и образуется жидкий чугун.

В железной руде содержатся тугоплавкие примеси. Чтобы их расплавить и удалить, к железной руде добавляют так называемые флюсы. Они образуют с примесями легкоплавкие соединения, называемые шлаками. Из-за большей плотности чугун образует нижний слой, а шлак — верхний. После разделения чугун и шлак используют по их назначению в народном хозяйстве.

Способы оптимизации химических реакций доменного производства:

1. Повышение концентрации реагирующих веществ: обогащение руды, добавка кислорода к вдуваемому в домну воздуху. Использование в качестве дополнительного топлива природного газа (метан СН4), при сгорании которого получаются восстановительные газы, участвующие в восстановлении руды.

2. Увеличение поверхности соприкосновения реагирующих веществ: приготовление кусков шихты оптимального размера, противоток реагирующих веществ.

3. Создание оптимальных температур. Для повышения температуры вдуваемый в доменную печь воздух предварительно нагревают в регенераторах. С этой же целью используют теплоту экзотермических реакций: накаленные газы из нижней части доменной печи, поднимаясь, подогревают до нужной температуры плавильные материалы (теплообмен).

Окончание параграфа >>>