Metody wytwarzania ?elaza obejmuj? g?ównie metod? wielkopiecow?, metod? bezpo?redniej redukcji, metod? redukcji wytapiania itp. zasad? jest, ?e zredukowan? surówk? uzyskuje si? w wyniku reakcji fizykochemicznej rudy w okre?lonej atmosferze (substancje redukuj?ce Co, H2, C; odpowiednia temperatura itp. .). Oprócz niewielkiej cz??ci surówki wykorzystywanej do odlewania, zdecydowana wi?kszo?? wykorzystywana jest jako surowce do produkcji stali.

Hutnictwo hutnicze jest g?ówn? metod? nowoczesnego hutnictwa i wa?nym ogniwem w produkcji ?elaza i stali. Ze wzgl?du na dobre wska?niki techniczne i ekonomiczne, prosty proces, du?e zdolno?ci produkcyjne, wysok? wydajno?? pracy i niskie zu?ycie energii, ?elazo produkowane w procesie wielkopiecowym stanowi ponad 95% ca?kowitej ?wiatowej produkcji ?elaza.

Schemat ideowy hutnictwa wielkopiecowego

Wielki piec jest podobny do pieca cylindrycznego, z zewn?trz pokryty jest blach? stalow?, a ?ciana wewn?trzna wy?o?ona jest ceg?? szamotow?. Ca?y piec posadowiony jest na g??bokim fundamencie betonowym.

Podczas produkcji wielkiego pieca topnik rudy ?elaza, koks i ?u?el (wapień) ?adowany jest od góry pieca, a podgrzane powietrze wdmuchiwane jest do dyszy znajduj?cej si? w dolnej cz??ci pieca na obwodzie pieca. W wysokiej temperaturze tlenek w?gla i wodór powstaj?ce w wyniku spalania w?gla w koksiku oraz wdmuchiwany do powietrza tlen usuwaj? tlen z rudy ?elaza w procesie jej unoszenia w piecu, w celu uzyskania ?elaza. Stopione ?elazo jest odprowadzane z otworu spustowego.

Nieredukuj?ce zanieczyszczenia w rudzie ?elaza ??cz? si? z wapieniem i innymi topnikami, tworz?c ?u?el, który jest odprowadzany z portu ?u?lowego. Wyprodukowany gaz jest wyprowadzany z górnej cz??ci pieca i po odpyleniu wykorzystywany jako paliwo do wielkiego wielkiego pieca, pieca grzewczego, pieca koksowniczego i kot?a.

Surowce: ruda ?elaza, rozpuszczalnik, paliwo

 Ruda ?elaza

Trudno sprosta? wymaganiom hutnictwa wielkopiecowego pod wzgl?dem sk?adu chemicznego, stanu skupienia i innych aspektów naturalnie wydobywanej rudy. Musi by? przygotowany i poddany obróbce poprzez kruszenie, przesiewanie, wzbogacanie, brykietowanie i mieszanie, aby dostarczy? wielki piec o wysokiej jako?ci, jednolitym sk?adzie i wielko?ci cz?stek.

W przemy?le metalurgicznym stosowane s? cztery rodzaje rud ?elaza.

rozpuszczalnik

Ska?a p?onna w rudzie i popió? w paliwie zawieraj? pewne zwi?zki o wysokiej temperaturze topnienia (np. temperatura topnienia SiO2 wynosi 1625 ℃, a Al2O3 2050 ℃). Nie mo?na ich przetopi? w ciecz w temperaturze wytopu wielkiego pieca, wi?c nie mo?na ich dobrze oddzieli? od stopionego ?elaza. Jednocze?nie eksploatacja pieca jest trudna.

Celem dodawania topnika jest wytworzenie ?u?la o niskiej temperaturze topnienia z tymi zwi?zkami o wysokiej temperaturze topnienia, aby ca?kowicie up?ynni? w temperaturze wytopu wielkiego pieca i zachowa? znaczn? p?ynno??, aby osi?gn?? cel dobrej separacji od metalu i zapewni? jako?? surówki.

Zgodnie z w?a?ciwo?ciami topnika mo?na go podzieli? na topnik podstawowy i topnik kwa?ny. Wybór topnika zale?y od w?a?ciwo?ci ska?y p?onnej w rudzie i popio?u w paliwie. Poniewa? wi?kszo?? ska? p?onnych w naturalnych rudach ma odczyn kwa?ny, a zawarto?? popio?u w koksu jest kwa?na, zwykle stosuje si? topniki alkaliczne, takie jak wapień. Topniki kwasowe s? rzadko u?ywane.

Paliwo

Ciep?o potrzebne do wytopu wielkopiecowego zale?y g?ównie od spalania paliwa. Jednocze?nie paliwo pe?ni równie? rol? czynnika redukuj?cego w procesie spalania, dlatego paliwo jest jednym z g?ównych surowców do wytopu wielkopiecowego. Powszechnie stosowanym paliwem jest g?ównie koks, antracyt i pó?koks.

Proces fizykochemiczny: reakcja redukcji w wysokiej temperaturze + reakcja ?u?lowania

Celem wytapiania wielkopiecowego jest redukcja ?elaza z rudy ?elaza i usuwanie zanieczyszczeń. W ca?ym procesie wytapiania najwa?niejsza jest redukcja odczynu ?elaza i ?u?la.

Ponadto towarzyszy mu szereg innych z?o?onych reakcji fizycznych i chemicznych, takich jak odparowanie wody i substancji lotnych, rozk?ad w?glanu, karbonizacja i topienie ?elaza, redukcja innych pierwiastków itp., które mog? by? realizowane tylko przy okre?lona temperatura. Dlatego te? proces wytapiania wymaga równie? spalania paliwa jako warunku koniecznego.

Spalanie paliwa

C＋O2→CO2

Rozk?ad ci??aru

Odparowanie wody i rozk?ad wody krystalicznej; eliminacja substancji lotnych; rozk?ad w?glanu.

Reakcja redukcji w wielkim piecu

Redukcja ?elaza

W wielkim piecu ?elazo nie jest bezpo?rednio redukowane z tlenku wysokowalencyjnego, ale poprzez proces redukcji z tlenku wysokowalencyjnego do tlenku niskowalencyjnego, a nast?pnie z tlenku niskowalencyjnego do ?elaza: Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe

Redukcja ?elaza zale?y g?ównie od gazowego tlenku w?gla i sta?ego w?gla jako ?rodka redukuj?cego. Redukcja tlenku w?gla nazywana jest zwykle redukcj? po?redni?, a redukcja w?gla sta?ego nazywana jest redukcj? bezpo?redni?.

Ca?kowita reakcja redukcji po?redniej wynosi 3fe2o3 + 9co → 6fe + 9co2

Ca?kowita reakcja redukcji bezpo?redniej wynosi 3fe2o3 + C → 2fe3o4 + Co

Karbonizacja ?elaza

?elazo zredukowane z rudy jest sta?e, g?bczaste, a jego zawarto?? w?gla jest bardzo niska, zwykle poni?ej 1%. Poniewa? wspó?rozk?ada si? w ni?szej temperaturze, a roz?o?ony C ma siln? aktywno??, w kontakcie z ?elazem ?atwo jest utworzy? stop ?elazo-w?giel.

Dlatego sta?e ?elazko g?bczaste zaczyna si? naw?gla? w ni?szej temperaturze (400 ℃ ~ 600 ℃). Reakcja chemiczna jest nast?puj?ca: 2CO + 3Fe → Fe3C + CO2 lub 3Fe (ciecz) + C (cia?o sta?e) → Fe3C

Proces ?u?lowania

?u?el to proces, w którym ska?? p?onn? w rudzie i popió? w paliwie ??czy si? z topnikiem i usuwa z wielkiego pieca. W wielkim piecu wyst?puj? dwa rodzaje ?u?la

Podczas wytapiania ze zwyk?? kwa?n? rud? topnik jest ?adowany do wielkiego pieca w postaci wapienia, a Cao w strumieniu nie mo?e by? w bliskim kontakcie z tlenkami kwasowymi w rudzie. dlatego pocz?tkowo utworzony ?u?el sk?ada si? g?ównie z fe2sio4 utworzonego przez SiO2, Al2O3 i cz??? zredukowanego FeO. Ze wzgl?du na obecno?? FeO w ?u?lu temperatura topnienia ?u?la jest obni?ona, a ?u?el ma dobr? p?ynno??. W procesie opadania (który jest jednocze?nie procesem wzrostu temperatury) FeO zawarty w ?u?lu jest stopniowo redukowany i tracony, podczas gdy zawarto?? Cao wzrasta, a finalny ?u?el sp?ywa do paleniska.

Przy topieniu rud? samotopn?c?, poniewa? ruda zawiera wi?cej Cao i mo?e by? w dobrym kontakcie z kwa?nym SiO2, Cao natychmiast uczestniczy w reakcji ?u?lowania na pocz?tku topienia, zw?aszcza przy topieniu spiekem samotopliwym, Cao tworzy ?u?el z SiO2, Al2O3 itd. ju? w procesie spiekania, a wi?c zawarto?? CaO w ?u?lu pierwotnym tego rodzaju rudy jest wy?sza. Sk?ad ?u?la równie? niewiele si? zmienia w procesie redukcji ?u?la.

Produkty wielkopiecowe

G?ównymi produktami hutnictwa wielkopiecowego s? surówka i ?elazostopy, a produktami ubocznymi ?u?el, gaz i py? piecowy.

surówka

Surówka jest stopem ?elaza i w?gla z wi?cej ni? w?glem 2%, który zawiera równie? Si, Mn, s, P i inne zanieczyszczenia.

Surówk? mo?na podzieli? na dwie kategorie w zale?no?ci od jej zastosowania i sk?adu. Jednym z nich jest surówka stalowa: w?giel w surówce wyst?puje w postaci zwi?zku, a jego przekrój jest srebrnobia?y, znany równie? jako bia?e ?elazo; drugi to odlewanie surówki: jest bezpo?rednio u?ywany do produkcji cz??ci maszyn.

stop ?elaza

?elazo i ka?dy rodzaj metalu lub stopu niemetalicznego nazywane s? ?elazostopami (niektóre s? równie? nazywane surówk? stopow?). Istnieje wiele rodzajów ?elazostopów, takich jak ?elazokrzem, ?elazomangan, ?elazochrom, ?elazomolibden, ?elazowolfram itp.

?u?el, gaz i py?

?u?el, gaz i py? s? produktami ubocznymi wielkiego pieca. Wcze?niej by?y wyrzucane jako odpady, ale teraz s? szeroko stosowane w materia?ach budowlanych.