3. Науглероживание железа

Обеспечивает:

- образование твердого раствора железа в углероде (Fе₃С),нет сплава

- последующее расплавление Fе₃С с насыщением примесями (Мn, Si, Р, S)

По мере опускания шихта достигает зоны в печи, где температура составляет 1000 … 1100 °С. При этих температурах восстановленное из руды твердое железо, взаимодействуя с окисью углерода, коксом интенсивно науглероживается благодаря способности железа в твердом состоянии растворять углерод.

ЗFе + 2СО = Ге₃С + СО₂;

ЗFe + С = Fе₃С.

При насыщении углеродом температура плавления железа понижается и на уровне распара и заплечиков оно расплавляется (при температуре около 1300 ⁰С). Капли железоуглеродистого сплава, протекая по кускам кокса, дополнительно насыщаются углеродом (до 4,3 %), марганцем, кремнием, фосфором и серой.

4. Восстановление примесей

Обеспечивает:

- частичный переход примесей (Мn, Si, Р, S) из руды и кокса в чугун

Марганец, кремний, фосфор при температуре 1200 ⁰C восстанавливаются из руды, сера – из кокса:

МnО + С = Мn + СО

SiO₂ + 2С = Si + 2СО

(СаО)₃Р₂О₅ + 5С = ЗСаО + 2Р + 5СО.

SО₂ + 2С = S + 2СО.

5. Образование шлака

Обеспечивает:

- удаление пустой породы, золы топлива, вредных примесей

- получение чугуна требуемого химического состава

Шлак образуется в нижней части доменной печи в результате сплавления окислов пустой породы руды, флюсов и золы топлива. Шлаки содержат .

Шлак образуется постепенно, его состав меняется по мере стекания в горн, где он скапливается на поверхности жидкого чугуна, благодаря меньшей плотности. Состав шлака зависит от состава применяемых шихтовых материалов и выплавляемого чугуна.

II.Производство стали

Сталь - железоуглеродистый сплав с содержанием углерода до 2,14% (практически до 1,5% углерода, так как при большем его содержании значительно увеличиваются твёрдость и хрупкость сталей и они не находят широкого применения). Сталь - материал с гораздо более улучшенными механическими свойствами по сравнению с чугуном.

Основные задачи:

1. Снижение содержания углерода и вредных примесей (по сравнению с чугуном в 3-5 раз) путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы.

2. Легирование (при необходимиости) для получения сталей с особыми свойствами.

Материалы для выплавки стали:

- передельный чугун

- стальной лом (скрап)

- флюсы

Способы выплавки стали:

- в мартеновских печах,

- в кислородных конвертерах,

- в электрических печах.

МАТЕРИАЛОВ

Устройство и работа кислородного конвертера

Рис. Схема устройства кислородного конвертера

1 – фурма, 2 – горловина, 3 – кожух, 4 – футеровка, 5 – цапфы

Этим способом трудно получать стали, содержащие высокое количество легкоокисляющихся легирующих элементов, поэтому кислородно-конвертерным способом можно выплавить только низколегированную сталь.

Физико-химические процессы

1. Окисление железа и примесей.

Обеспечивает:

- расплавление шихты и нагрев ванны жидкого металла.

- удаление примесей в шлак

Кислород выполняет функцию по удалению примесей из металла следующим образом. В первую очередь под действием кислорода начинается интенсивное окисление железа, так как его концентрация во много раз выше концентрации примесей:

2Fe+O₂ =2FeO+ Q

Процессы окисления сопровождаются выделением большого количества тепла.

Образовавшийся оксид железа, при высоких температурах процесса, более активно, чем чистый кислород, взаимодействует с примесями чугуна.

Si+2FeO= SiO₂+2Fe;

Mn+FeО=MnO+Fe;

2P+5FeO+4CaO (из флюса: CaСO₃ известь= CaO+СО) = (CaO)₄P₂O₅+5Fe.