ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА (урок химии в 9 и 11 классе) Учитель химии МОУ СОШ 3 г. Светлого Калининградской области Ракович Лариса Викторовна Лариса Викторовна

1. Способ получения: Сырье (руда):Сырье (руда): магнитный железняк Fe 3 O 4 ; гематит Fe 2 O 3 ; бурый железняк mFe 2 O 3 x nH 2 O ; сидерит FeCO 3 ; Примеси, содержащиеся в руде: SiO 2 ; MnO 2 ; Al 2 O 3 ; Ca 3 (PO 4 ) 2 ; FeS 2 ; CaSO 4. Шихта:Шихта: руда, кокс, флюсы. Топливо:Топливо: печной газ, кокс. Источник энергии:Источник энергии: теплота сгорания топлива, теплота экзотермической реакции

Способ получения: обогащают Перед плавкой руду обогащают – устраняют из нее часть пустой породы. агломерируют Затем крупные куски руды измельчают до необходимых размеров, а пылевидную руду спекают, т.е. агломерируют Получение чугуна – это вынужденная промежуточная стадия производства стали Получение чугуна – это вынужденная промежуточная стадия производства стали

2. Основные химические процессы

1 стадия «Образование восстановителей» из кокса: C + O 2 = CO 2 CO 2 + C 2 CO + Q из природного газа: CH 4 + O 2 = CO H 2 O CO 2 + C 2 CO – Q H 2 O + C CO + H 2 - Q

2 стадия «Восстановление железа из руды» Fe 2 O 3 70% Fe 3 O 4 72% FeO 78% Содержание железа в различных железосодержащих рудах (по массе)

2 стадия «Восстановление железа из руды» 3 Fe 2 O 3 + CO 2Fe 3 O 4 + CO 2 (~ 400 o C) Fe 3 O 4 + CO FeO + CO 2 – Q FeO + CO Fe + CO 2 + Q (~800 o C)

3 стадия «Восстановление примесей» CaO, SiO 2, Al 2 O 3 не восстанавливаются и не плавятся при данных условиях; не растворяются и образуемые ими соединения (алюмосиликаты) в жидком чугуне. шлак.Эти примеси образуют шлак. флюсы Для получения легкоплавкого шлака к руде добавляют флюсы: известь СаО или известняк Са СОз (T пл (шлака) ~ 1000 о С)

3 стадия «Восстановление примесей» SiO C Si + 2 CO - Q MnO C Mn + 2 CO - Q Ca 3 (PO 4 ) C + 3 SiO 2 2P + 5 CO + 3 CaSiO 3 - Q ЧУГУН C, Mn, P и другие элементы сплавляются с железом, образуя ЧУГУН 3 Fe + 2 CO = Fe 3 C + CO 2

3 стадия «Восстановление примесей» Сера энергично взаимодействует с железом, образуя сульфид железа FeS. Другая часть серы переходит в газ SO 2, который уходит из доменной печи в смеси с другими газами, а затем улавливаются В карбиде железа Fe 3 C атомы углерода занимают пустоты между атомами железа в его кристалле и соединяются с друг другом в цепи

4 стадия «Образования шлака» Шлак образуется при температуре ~1000 о С Состав шлака: Al 2 O 3, SiO 2, (CaO) x SiO 2 x 2 Al 2 O 3. CaCO 3 CaO + CO 2 - Q CaO + SiO 2 = CaSiO 3 FeS + CaO = CaS + FeO - Q CaO + Al 2 O 3 = Ca 3 (AlO 4 ) 2

4 стадия «Образования шлака» Флюсы под действием высокой температуры разлагаются с образованием реакционноспособных оксидов кальция и магния. Они реагируют с теми компонентами, которые обладают либо кислотными, либо амфотерными свойствами. Образуемый шлак отличается небольшой плотностью и поэтому накапливается на поверхности чугуна, предохраняя его от окисления вдуваемым в печь воздухом.

3. Устройство и работа доменной печи

Доменная печь Доменная печь имеет стальной кожух, выложенный огнеупорным шамотным кирпичом. Рабочее пространство печи включает колошник, шахту, распар, заплечики, горн, лещадь. В верхней части колошника находится засыпной аппарат, через который в печь загружают шихту. Шихту подают в вагонетки подъемника, которые передвигаются по мосту к засыпному аппарату и, опрокидываясь, высыпают шихту в приемную воронку распределителя шихты. При опускании малого конуса шихта попадает в чашу, а при опускании большого конуса – в доменную печь, что предотвращает выход газов из доменной печи в атмосферу.

Габариты и производительность современной доменной печи Объем – куб. м Высота – 36 метров Производительность – 4 миллиона тонн в год

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА

Оптимальные условия Воздух, подаваемый в печь, обогащают кислородом; Обогащение руды; Агломерация пылевидной руды; Обогащение доменного газа восстановителями: угарным газом СО, водородом Н 2, вводя природный газ СН 4 ; Подача предварительно нагретого воздуха до температуры 1300 о С

Научные принципы Принцип противотока; Принцип теплообмена; Утилизация тепла; Автоматизация и механизация.

Недостатки процесса Большие энергозатраты; Использование дорогостоящего кокса; Образование «козла»

Перспективы доменного производства Переход на бездомное получение чугуна; Использование природного газа вместо кокса.

ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ Выплавленный в домне чугун представляет собой сплав железа с углеродом (до 4,5%), а также с серой (до 0,8%), фосфором (до 2,5%), кремнием, мышьяком, марганцем. В зависимости от количества того или иного элемента зависят свойства чугуна и деление его на сорта

СОРТА ЧУГУНА литейные специальные передельные Чугуны делятся на литейные и специальные, которые применяются для изготовления чугунных изделий, а также на передельные, идущие на изготовление сталей. Лишь 10% чугуна идет на изготовление чугунных изделий, остальные 90% перерабатываются в сталь.

Вопросы для повторения

Почему домна имеет вид башни? Какие инженерные решения обеспечивают ее устойчивость? Почему шахта доменной печи имеет форму усеченного конуса с большим основанием внизу? Чем объясняется увеличение толщины стен домны в нижней ее части? Почему заплечики домны имеют форму усеченного конуса с меньшим основанием внизу? Каковы габариты современной доменной печи и ее производительность?