47. При виплавці сталі використовують такі вихідні матеріали: метало шихта,

флюси та окислювачі.

Основна частина метало шихти (до 80%) – це переробний чавун і сталевий

брухт. Іноді – ще й феросплави. У якості флюсу використовують вапняк. У

якості окислювача – залізну руду.

Основне призначення переробки чавуну в сталь – це зниження вмісту в

ньому вуглецю, кремнію, марганцю і фосфору шляхом окислення і переводу

їх у шлак або гази. Вуглець чавуну, з’єднуючись з киснем, перетворюється

на газ СО і звітрюється. Інші домішки перетворюються у шлак. Існує три

основних способи отримання сталі: конверторний, мартенівський і

електро-спосіб.

Конвертор за допомогою приводних механізмів може повертатися навколо

своєї горизонтальної вісі – при завантаженні шихти і при зливанні шлаку

та виплавленої сталі. Робоче положення конвертора – вертикальне. Ємкість

кисневих конверторів від п’тидесяти до п’ятисот тон. Конверторним способом виплавляють біля 20% сталі.

Спосіб виробництва сталі в мартенівських печах є універсальним з точки

зору складу шихти. Але він менш продуктивний. Сталь - більш якісна, ніж

конверторна. Використовується в основному у машинобудуванні.

По виду вихідних матеріалів відрізняють декілька видів плавки:

- скрап процес – плавка на твердому чавуні і металевому ломі;

- рудний процес – плавка на рідкому чавуні з добавкою руди для

окис-лення

- скрап рудний процес – плавка на рідинному чавуні, скарпі і руді.

Усі ці процеси здійснюють у полум’яних печах.

Виробництво сталі в електропечах

Цей процес найбільш досконалий. Він дозволяє отримувати сталь найвищої

якості, яка використовується у машинобудуванні для особливо

відповідальних деталей. Цим способом виплавляють близько 10% сталі.

Разом з цим, цей спосіб найбільш дорогий.

Існує два види печей для плавки – єлектродугові та індукційні.

Виплавлену в тих чи інших печах сталь випускають у ківш, із якого її

розливають у виливниці для отримання зливків. Іноді розливку сталі

здійснюють під вакуумом, при якому сталь дегазується і рафінується.

48. До́менний проце́с — основний технологічний процес виготовлення чавуну. Чавун виплавляють у доменних печах, що є агрегатами шахтного типу. Процес плавки чавуну безперервний. Зверху в доменну піч завантажують шихтові матеріали (агломерат, обкотиші, кокс, флюси), а в нижню частину печі вдувають повітря, нагріте до 1100 — 1300 °C, з додаванням кисню і природного газу (дивись дуття). В результаті того, що згорає кокс, в нижній частині печі утворюються гази, які складаються з оксидів вуглецю в суміші з азотом і воднем. Висхідний потік газу нагріває шихтові матеріали, які у міру, згорання коксу і проплавлення шихти опускаються. При певних температурах починається розкладання складних сполук і відновлення заліза з оксидів. Цей процес завершується навуглецюванням заліза, його розплавленням. Розплав накопичуюється в нижній частині печі, і до нього переходить ті, елементи що частково відновилися: кремній, марганець, а також фосфор, сірка. Цей розплав — чавун, містить більше 92 % Fe; 3,5-4,6 С, інші Mn, Si, P та ін. З печі чавун і шлак періодично випускаються.

49. Мідь отримують з мідних, мідно-молібденових, мідно-нікелевих і поліметалічних руд. Заводи випускають чорнову (99%), рафіновану вогневим (99,6% Cu) і електролітичним (99,95% Cu) методами мідь.

Процес добування міді включає три основні етапи: збагачення мідної руди; виплавка чорнової міді; рафінування міді.

Враховуючи дуже малий вміст міді в рудах (1-2%), руду спочатку збагачують флотаційним способом. Розмелену руду змішують з флотаційними реагентами піноутворювачами та водою і продувають пульпу повітрям. Пухирці повітря прилипають до зерен рудних мінералів, спливають і утворюють піну, а пуста порода, яка добре змочується водою опускається на дно.

Після фільтрації піни та просушування отримують концентрат з вмістом 10...35% міді. Для зменшення вмісту сірки збагачену руду піддають окислювальному випалу при температурі 600...900 °C. Після цього руда поступає в полуменеві печі з температурою в зоні плавки 1450 °C, де відбувається дисоціація вищих сульфідів і карбонатів. Продукти дисоціації сплавляють між собою, утворюючи штейн — легкоплавкий сплав з температурою плавлення 900...1150 °C і вмістом 10...60% Cu, 10...58% Fe, 22...25% S. Крім того, штейн містить домішки нікелю, цинку, свинцю, золота, срібла. Виплавка чорнової міді відбувається в горизонтальних конверторах з боковим дуттям продувкою штейну повітрям. Температура в конвертері складає 1200-1300 °C. Спочатку окисляється залізо:

2FeS + 3O₂=2FeO + 2SO₂

Окисел заліза в вигляді шлаку спливає на поверхню і зливається. У другий період продування:

2Cu₂S + 3O₂ = 2Cu₂O + 2SO₂

Закис міді розчиняється в розплаві та взаємодіє з напівсірчистою міддю з утворенням чорнової міді:

2Cu₂O + Cu₂S = 6Cu + SO₂

Тепло в конвертері виділяється за рахунок перебігу хімічних реакцій, без подавання палива. Таким чином, в конвертері отримують чорнову мідь, що містить 98,5...99,5% Cu; 0,3...0,5% S; 0,01...0,04% Fe; 0,3...0,5% Ni.

Рафінування чорнової міді проводять вогневим (окислення домішок при продуванні розплаву повітрям), або електролітичним способом за рахунок електролізу в водному розчині сірчаної кислоти та мідного купоросу. При проходженні струму анодні плити чорнової міді розчиняються і на катодах осаджується чиста електролітична мідь, а домішки випадають на дно ванни.

50. Алюміній отримують електролізом розчину глинозему (техн. Al₂O₃) в розплавленому кріоліті Na₃[AlF₆] при 950-960 °C. Склад електроліту 75-90% за масою Na₃[AlF₆], 5-12% AlF₃, 2-10% CaF₂, 1-10% Al₂O₃, молярне відношення NaF/AlF₃ = 2,20-2,85 .

Промисловий комплекс з отримання алюмінію включає виробництво глинозему з алюмінієвих руд, кріоліту та інших фторидів, вуглецевих анодних і футеровочних матеріалів і власне електролітичне отримання алюмінію.

Електроліз проводять в апаратах катодом в яких служить дно ванни, анодом — попередньо обпалені вугільні блоки або самообпалюючі електроди, поміщені в розплавлений електроліт

Для отримання 1 т чорнового алюмінію витрачається 14500-17500 кВт·год електроенергії, 1925-1930 кг глинозему, 500-600 кг анодного матеріалу, 50-70 кг фтористих солей. Добова продуктивність однієї ванни середньої потужності — від 550 до 1200 кг алюмінію. Алюміній відбирають з електролізера один раз на 1-2 доби.

Алюміній високої чистоти (не більше 0,05% домішок) отримують електролітичним рафінуванням чорнового алюмінію, який містить до 1% домішок. В якості електроліту найчастіше використовують розплав Na₃[AlF₆], BaCl₂ (до 60%) NaCl (до 4%). Для отримання алюмінію особливої чистоти (не більше 0,001% домішок) застосовують зонну плавку.

Алюміній розливають в злитки, які потім переробляють в листи, фольгу, профілі, дріт. Він добре зварюється, піддається куванню, штампуванню, прокатці, волочінню і пресуванню, а також обробляється методами порошкової металургії.