Привет студент

Получение железа непосредственно из руды вполне возможно теоретически и может быть легко осуществимо в лабораторных условиях; поэтому задачей металлургов было отыскать способ непосредственного получения железа из руды в промышленном масштабе.

Такие способы в настоящее время найдены и начинают применяться.

Железо, полученное непосредственно из руды, иногда называют губчатым железом, а способ его получения — прямым или бездоменным способом.

Делаются попытки применять бездоменный способ получения железа в заводском масштабе в России, Швеции, Норвегии, Германии, Англии и США. Все известные в настоящее время способы прямого получения железа можно разделить на две группы: 1) способы, при которых железо получают воздействием на руду газообразного восстановителя, и 2) способы, при которых применяют твердый восстановитель.

В качестве газообразных восстановителей применяют окись углерода и водород; взаимодействие их с рудой может быть выражено уравнениями

 

 

Разливка стали в слитки, предназначаемые для дальнейшей обработки в горячем состоянии при помощи прокатки или ковки, производится при посредстве разливочного ковша (фиг, 27).

Ковш изготовляют из толстолистового железа при помощи клепки или сварки с огнеупорной футеровкой внутри.

Сталь выпускают в ковш соответствующей емкости; из мартеновских печей большой емкости сталь выпускают в два ковша.

Из ковша сталь вытекает  через отверстие в днище, в которое вставляют стакан 1 из огнеупорного материала (шамотовый или «графитовый», т. е. с примесью графита к шамоту) с диаметром отверстия 25—40 мм; шамотовый стакан снабжают иногда магнезитовой втулкой. Отверстие закрывают шамотовой или «графитовой» пробкой 2. Пробку 2 прикрепляют к стопорному стержню 3 из круглого железа, защищенному от разъедания жидкой сталью надетыми на него шамотовыми трубками 4. Верхний конец стержня 3 выступает из ковша и при посредстве рычажного приспособления 5, связанного с направляющими, может подниматься и опускаться, открывая и закрывая при этом пробкой 2 выпускное отверстие в стакане 1.

Выплавка стали в электропечах. Выплавке стали в электропечах предшествовал тигельный способ получения стали. Сущность тигельного способа заключается в том, что подлежащий плавке металл загружали в огнеупорные горшки с крышками, называемые тиглями, где металл расплавлялся, не соприкасаясь с кислородом воздуха. При тигельной плавке от металла полностью отделяются шлаки и почти нацело - газы. Вводимые в шихту специальные примеси хорошо растворяются в металле. Сера и фосфор при тигельной плавке не удаляются; угар металла не превышает 4%.

Вначале для шихты тигельного способа применялся продукт кричного и пудлингового процессов. С возникновением бессемеровского и мартеновского способов в тиглях начали перерабатывать мартеновскую сталь, тщательно очищенную от вредных примесей. Таким путем получали высококачественные инструментальные стали.

Схема устройства пламенной регенераторной печи показана на фиг. 18.

 

Работа печи протекает следующим образом.

 

 

До смешивания и воспламенения в головках печи (концевые части печи, где расположены каналы, подводящие газ и воздух) газ и воздух проходят предварительно через разогретые до температуры, близкой к 1200—1300°, камеры 5 и 6, где они нагреваются приблизительно до 1100°; подогретые газ и воздух, сгорая, поднимают температуру рабочего пространства печи приблизительно до 1700°; заваленные через окна 4 на под печи 2 шихтовые материалы под влиянием тепла горящих газов плавятся.

Сравнивая химический состав чугуна и стали, видим, что чугун содержит больше примесей, главным образом углерода, кремния, марганца, серы и фосфора. Отсюда следует, что процессы получения стали из чугуна сводятся к понижению количества входящих в состав чугуна примесей. Ниже приводится химический состав одного из чугунов и параллельно состав полученной из него стали. Уменьшения количества примесей в чугуне достигают посредством окислительных процессов.

Таким образом, если примеси получили доступ в состав чугуна вследствие реакций восстановительного характера, то удаление их следует производить посредством реакций окислительных: например, марганец получил доступ в чугун в результате реакции

 

 

Для осуществления подобных окислительных реакций необходимо наличие окислов железа в расплавленном металле и соответствующей температуры.

 

 

Из чугуна сталь можно получить в тестообразном и жидком состоянии.

Первобытный способ получения железа заключался в нагреве легковосстановимой руды на древесном угле в открытых горнах. Кислород, связанный с железом, соединялся с углеродом топлива, спекшаяся железная масса опускалась на дно горна и, взятая оттуда, освобождалась путем быстрой проковки от задержавшихся в ней шлаков. Ком извлекаемого из горна железа носил название крицы, а самый способ назывался сыродутным или кричным.

Впоследствии сыродутный способ был усовершенствован введением сначала ручного и затем механического дутья. Таким образом железо вырабатывалось до конца средних веков.

Стремление к более полной утилизации тепла повело к устройству закрытых горнов, а стремление к усилению тяги — к увеличению высоты трубы над горном.

Таким образом, горн постепенно начал принимать вид доменной печи. В самом процессе получения железа также начали возникать изменения: под влиянием высоких температур закрытого горна все чаще и чаще наблюдались случаи расплавления крицы, и на дне горна вместо кома железа получалась масса расплавленного чугуна.

Топливо, употребляемое при выплавке чугуна, должно обладать достаточной крепостью и сопротивлением истиранию; слабое топливо легко измельчается в доменной печи. Примеси к топливу таких веществ, как сера, вредно отражаются на качестве выплавляемого металла.

По чистоте лучшим топливом является древесный уголь, по прочности — каменноугольный кокс.

Важнейшее место среди всех видов топлива, применяемого для получения чугуна, занимает каменноугольный кокс.

Каменноугольным коксом называется продукт, получающийся в результате спекания каменного угля без доступа воздуха. Коксуется не всякий каменный уголь, а лишь спекающийся или шихта, в состав которой входит спекающийся уголь.

Для коксования уголь нагревают в особых печах, где из него выделяются летучие вещества. Затем полученный кокс выгружают из печи и тушат либо водой, либо инертными газами.

Хороший кокс должен содержать небольшое количество золы и серы и обладать значительной прочностью.

Пригодность той или иной железной руды к разработке в местных условиях может быть определена в зависимости от ряда соображений, важнейшими из которых являются: количество железа в руде, количество и род примеси, химический состав пустой породы, физическое состояние руды, стоимость добычи, запас месторождения и близость топлива.

Значение первого и второго условий очевидно. Наличие в руде вредных примесей (серы, фосфора) затрудняет технологические процессы получения чугуна и стали, свободных от этих примесей. Химический состав пустой породы влияет на условия получения того или иного сорта чугуна. Пористость руды облегчает процесс восстановления железа, так как при наличии каналов внутри кусков руды газы приходят в более тесное соприкосновение с окислами железа, и процесс восстановления протекает быстрее.

Чистое железо встречается в природе редко и в незначительных количествах; в известных нам естественных условиях, на земле, чистого железа не бывает, а изредка встречающееся самородное железо заносится на нашу планету метеоритами.

Железными рудами называют такие природные соединения, из которых при современной технике металлургии возможно получение железа. Железная руда представляет собой горную породу, где в смеси с окислами железа находятся различные соединения, главным образом кремнезем SiO₂, глинозем Аl₂O₈, окись кальция СаО, окись магния MgO и др. В железных рудах встречаются также примеси сернистых, фосфористых, мышьяковистых и прочих соединений.