A nyersvas kémia és a fizika előállítása
Az öntöttvas előállításának elve gyakorlatilag nem változott a legősibb idők óta. Az ősi masszák agyagból készültek és naponta több kilogramm öntöttvasot gyártottak. A mai nagy kemencék - a világ legnagyobb kemencéi - naponta akár 6000 tonna öntöttvas előállítására képesek.
Az öntöttvas előállítása során a vas és mangán ércek kémiai reakcióiban alkalmazott redukálószerek - szén-monoxid és atomkeverék. Ezek a redukálószerek a kemence tüzelőanyag - koksz, fűtőolaj, földgáz és zúzott szén égetése következtében alakulnak ki. A vasérc és az üzemanyag mellett más anyagokat is használnak, elsősorban fluxusokat. Áramlások szükségesek a vasérc gangue olvadási hőmérsékletének csökkentéséhez, a kén, a foszfor, a hamu, az égetett tüzelőanyag átviteléhez a salakig, és alacsony olvadáspontú, folyadékot hordozó salakot képeznek, amelyet a kemencéből eltávolítanak.
Alapanyagok egy masszázs kemencéhez
1) Zheleznyaki vasforrás.
2) A koksz üzemanyag és redukálószer.
3) A mészkő magas hőmérsékleten bomlik a CaO képződésében, amely fluxusként hat, és szilíciumos hulladékkőzeteket visz át a CaSiO3 salakjára.
4) Levegő - támogatja a koksz elégetését a hőkibocsátással. Néhány nem fémes szennyeződést (szilícium, arzén) eltávolít, illékony oxidok formájában. Oxidálja a vasoxid FeO-t az ércben a Fe2O3-hoz. amely hozzájárul az ón megőrzéséhez. A vas-oxid FeO, a bázikus jellegű, reagál a Si02-val FeSiO3 salak képződésével. A levegő porózusvá teszi az ércet, ami hozzájárul a vas egységes visszanyeréséhez.
Vasérc
A földkéreg kb. 50% vasat tartalmaz oxidok, szulfidok és egyéb vegyületek formájában - csak mintegy 200 különböző ásványi anyagot tartalmaz. A sziklák, amelyek technikailag lehetségesek és gazdaságilag kivitelezhetőek fémek kivonására, az ércek.
A vasércek közé tartozik a piros, barna, mágneses és spar-vasérc. Ezek az ércek sok vas vegyületet tartalmaznak, amelyből kivonják, és egy üres sziklát, amely viszonylag könnyen elkülöníthető a feldolgozás során.
Ásványok vasércekben
A vas fő ércképző ásványi anyaga a hematit, a limonit és a magnetit.
Limonit - barna vasérc. Vasat tartalmaz az nFe2O3 × mH2 O típusú vizes oxidok formájában, barna vasércben, 25-50% vas.
A mágnes egy mágneses vaskövér. Vasat tartalmaz főként ferro-oxid Fe3O4 formájában. rendelkeznek mágneses tulajdonságokkal. A mágnesek - a leggazdagabb vasércek - 40-70% vasat tartalmaznak.
Érc előállítása öntöttvas gyártásához
A nagyolvasztó kemence normál működéséhez optimális méretekkel kell ellátni a tömör anyagot. Túl nagy darab érc és más anyagok nem lesz ideje reagálni megfelelően, és néhány anyag lesz haszontalan. A túl kicsi darabok túlságosan szorosan egymáshoz tapadnak anélkül, hogy elhagynák a gázok áthaladásához szükséges járatokat, ami megnehezíti a kemence működését.
Az optimális méret 30-80 mm. A nagyobb darabokat az optimális méretre vágják.
Másrészről, amikor az anyagokat és a bányászati érceket nagydarabokkal törik össze, finomokat képeznek, amelyek szintén nem alkalmasak az olvadásra. Az ilyen anyagokat agglomerációval és hengerléssel agglomeráljuk a kívánt méretre.
Az agglomeráció és a gördülés mellett az érc is gazdagodik. A dúsítás az érc előkezelésére utal, anélkül, hogy megváltoztatta volna a főbb ásványi anyagok kémiai összetételét és azok összesített állapotát. Az érc dúsítása a vas tartalmának növelésére szolgál. Ugyanakkor a hulladékkőzet jelentős részét eltávolítják az ércből. Az ércek dúsításánál különböző módszereket alkalmaznak: mosóérc, flotációs módszer, gravitációs módszer és mágneses dúsítás.
A nagyolvasztó kemence építése
A nagyolvasztó kemence kemence. Egy tipikus nagyolvasztó átmérője 6-8 m az alján és 20-36 m magasságban. A legnagyobb japán nagyolvasztó átmérője 14,9 m. A nagyolvasztó profil és a hőmérsékleti zónái az 1. ábrán láthatók.
1. ábra - A nagyolvasztó kemence profilja. Anyagok a bejáratnál és a kilépésnél.
Alap kémiai reakciók
Nagyolvasztó kemence
A nagyolvasztó olvasztása a fluxált agglomerátum és a koksz külön feltöltését jelenti a kemence felső részében (felül). Ezeket a kemence rétegeibe helyezzük. A töltetet a koksz égési hője melegíti fel a forró levegőben, amelyet a nagyolvasztó kemence alsó részében fújnak. A töltés fokozatosan csökken. A töltés komponenseinek fizikai-kémiai kölcsönhatása és a kemence alsó részében lévő emelkedő gázok - a kemence - két, nem elegyedő folyadékréteg képezik - öntött vasat a kemencén és a salak felületén - az öntöttvas fölött.
A folyékony öntöttvas 2-3 óránként, nagy sütőben készül - óránként. A kemencéből készült salak öntöttvasból készül. Külön záróelemekkel vannak elválasztva.
A nagyolvasztó kemence rendszerint több éven keresztül működik - legfeljebb 10 évig.
Fizikai-kémiai folyamatok egy nagyolvasztó kemencében
A nagyolvasztó kemencében a következő folyamatok egyidejűleg fordulnak elő:
1) a tüzelőanyag-szén elégetése és redukálószerek képződése;
2) a töltés komponenseinek bomlása;
3) oxidok csökkentése;
4) vas-karbonizálás és öntöttvas;
5) salak képződése.
Tüzelőanyag és redukálószerek égése
A tüzelőanyag-szén keletkezik a kemence alsó részében, amikor a levegő 1000-1 1300 ° C hőmérsékleten reagál a kokszal:
A kapott szén-dioxid a forró kokszra emelkedik, és reagál a reakcióelegyhez egy CO redukálószer képződésével:
A redukálószer CO a vas jelenlétében bomlik egy C atomos cumi redukálószer képződésével:
Vasoxidok csökkentése
A nagyolvasztásos eljárás fő feladata a vas oxidációjának csökkentése. A vas helyreállításában a fő szerepet a szénmonoxid és az atomsorom játssza, amelyek a nagyolvasztásos eljárás eredményeképpen jönnek létre.
A redukciós reakciók zónáit és azok hőmérsékletét a masszában a 2. ábrán mutatjuk be.
2. ábra - Vasoxidok redukciós sémája
a malom gyártása során
A vas-oxidok csökkentése a következő sorrendben folytatódik:
A fő visszanyerési reakciók a következők:
A vas visszanyerésében a vízben is részt vesz a hidrogén, amelyet a töltés tartalmaz.
A vas karbonizációja
A vas-karbonizálás a szilárd szivacs vas és szén közötti kölcsönhatásából következik be:
A szénalapú ötvözet olvadáspontja alacsonyabb, mint a tiszta vasé. Ennek eredményeképpen az olvadt vas formájú cseppek, amelyek a kemencének (keszeg) aljára ürülnek egy forró kokszrétegen keresztül, miközben szénnel vannak telítettek.
A nagyolvasztó salak képződése
A salakképződés főbb reakciói a következők:
A szennyezéscsökkentés mellékhatásai
A mellékhatások következtében a szennyezőelemek, mint a mangán, a szilícium és a foszfor csökkentek:
Így egy nagyolvasztó kemencében egyfajta vasat szennyezünk szennyeződéssel, azaz öntöttvaszal, amely nagy mennyiségű szabad szént tartalmaz, valamint szennyezőelemeket - a mangánt, a szilíciumot és a foszfort.
Domain öntöttvas
A robbanásveszélyes vas tipikus kémiai összetétele:
Vas (Fe) = 93,5-95,0%
Szilícium (Si) = 0,30-0,90%
Kén (S) = 0,025-0,050%
Mangán (Mn) = 0,55-0,75%
Foszfor (P) = 0,03-0,09%
Titán (Ti) = 0,02-0,06%
Szén (C) = 4,1-4,4%
A nagyolvasztó öntöttvasból az acél olvasztva van. Az acélötvözés folyamata durván szólva a szén vastartalmának csökkentéséből és a mangán, szilícium, foszfor és más szennyeződések túlzott mértékű tisztításából áll.