Cum se obține fonta? Un aliaj de fier cu care substanță produce fontă?

Fontă - utilizată pe scară largă în diverse industriiindustria metalică, caracterizată prin caracteristici de performanță remarcabile. Procesul de obținere a acestuia este relativ simplu și nu include prea mulți pași. Acest material este topit în furnalele înalte - cuptoare speciale care sunt ceva ca o copie mărită a unei eprubete. Vom vorbi în detaliu despre modul în care se face fonta.

Instalatii miniere si de prelucrare

Principalele materii prime utilizate în producțiefonta brută este minereu de fier. Se extrage in cariere din diferite locuri din tara noastra. După cum știți, minereul extras conține o cantitate mare de diferite tipuri de impurități. Desigur, nu poate fi folosit pentru topirea fontei într-o astfel de formă „brută”. Prin urmare, în prima etapă, merge la întreprinderi speciale - uzine miniere și de prelucrare. Aici rocile sterile sunt îndepărtate din el și zdrobite. Apoi minereul curat este încărcat în vagoane și trimis la uzinele metalurgice.

Procesul de aglomerare

De fapt, vom analiza mai jos cum este produsă fonta. Acum să vorbim despre modul în care este pregătit minereul pentru topire direct la uzinele metalurgice.

Dacă se foloseşte unul obişnuit pentru retopirematerial zdrobit, productivitatea furnalului va scădea brusc. Faptul este că o astfel de încărcare are un grad scăzut de permeabilitate la gaz. Prin urmare, înainte de încărcare în furnal, minereul trebuie să fie supus unui proces de aglomerare.

Această procedură se efectuează în specialitateateliere ale uzinelor metalurgice și este un proces de sinterizare a rocii în bucăți de o anumită dimensiune cel mai potrivit pentru topirea fontei. Aderența are loc la o temperatură ridicată suficientă pentru a topi cu ușurință suprafața particulelor de sarcină. Drept urmare, acestea din urmă pur și simplu se lipesc împreună pentru a forma bucăți. În acest caz, minereul este mai întâi amestecat cu cărbune. Ca urmare a arderii acestora din urma se atinge temperatura necesara obtinerii pieselor. Procesul de aglomerare este stimulat prin trecerea fluxurilor de aer prin stratul de minereu cu cărbune (de sus în jos).

Pentru a obține un aglomerat se poate folosi nunumai minereu. Uneori este făcută și din bucăți mici de fier. Aliajul său cu ce substanță face posibilă obținerea fontei va fi discutat mai jos. Desigur, nu fonta este folosită pentru a produce acest metal. Fierul obișnuit este topit în fontă.

Ce se întâmplă în cuptor

Deci, să vedem cum se produce fonta înfurnal Interiorul unei sobe de acest design este căptușit cu cărămidă. Principiul funcționării sale este relativ simplu. În producția de fontă, pe lângă sinterizare, se utilizează cocs, var și flux. Un amestec din aceste materiale este preparat într-o anumită proporție. Aceasta este ceea ce se numește încărcătură de furnal. Se toarnă în ascensoare speciale și se ridică chiar în vârful cuptorului.

Pentru ca coca să se aprindă, un marecantitatea de aer îmbogățită cu oxigen. Este alimentat în furnal de jos, prin deschideri speciale numite tuyere. Este suflat în cuptor sub presiune foarte mare. Acest lucru este necesar pentru ca aerul să pătrundă prin stratul de încărcare furnizat de sus. În acest caz, fluxul este preîncălzit la 600-800 de grade, altfel temperatura din interiorul cuptorului va scădea.

Fonta obținută prin îndreptarea încărcăturii curgeîn jos și cu o frecvență de aproximativ o dată la 40 de minute este eliberat printr-o gaură specială numită gaură de robinet. Apoi, este turnat în vase de mare capacitate și transportat la magazinele de producție de oțel.

Reducerea și carburarea fierului într-un cuptor

Toate furnalele funcționează pe principiul contracurent. În același timp, în ele au loc alternativ următoarele procese chimice:

1. Recuperarea fierului. Acest proces are loc secvenţial şi arată astfel: Fe₂oh₃ - Fe₃oh₄ - FeO - Fe. Agentul reducător în acest caz este monoxidul de carbon (CO), care se formează prin interacțiunea CO₂ cu cocs fierbinte, precum și carbonul solid al acestuia din urmă.
2. Carbonizarea fierului. Reacția în acest caz arată astfel: 3Fe + 2CO = Fe₃C+CO₂ + Q. Carbură de Fe₃C se amestecă ușor cu fierul solid, înîn urma căreia se formează un aliaj al acestuia din urmă cu carbon. Curgând în jos, spală bucățile de cocs și se carbonizează și mai mult. În plus, în el se dizolvă substanțe precum manganul, sulful, siliciul etc.

Astfel, devine clar că metalul de furnal este un aliaj de fier cu ce substanță. Fonta poate fi obținută pur și simplu prin cementarea topiturii de încărcare.

Restaurarea altor elemente

Mn, siliciu, sulf și fosfor intră în furnalcuptor împreună cu sarcina sub formă de diverși compuși chimici. Oxizii mai mari de mangan sunt reduși la MnO după aproximativ același principiu ca și fierul: MnO₂ -Mn₂oh₃ -Mn₃oh₄ - MnO. Manganul pur este eliberat astfel: MnO + C = Mn + CO - Q. Siliciul intră în cuptor sub formă de silice SiO₂. Reducerea acestuia are loc prin reacția SiO₂ + 2C = Si + 2CO - Q.

Fosforul este redus de hidrogen, solidcarbon și CO și, din păcate, intră aproape complet în fontă. Acest element deteriorează aliajul de fier de furnal. Vă permite să obțineți fontă de bună calitate cu silice prezentă în încărcătură, precum și oxizi de mangan mai mari. În unele cazuri, Mn este adăugat în furnal în mod intenționat. Acest lucru produce un tip special de fontă - mangan.

Îndepărtarea ceară

Întrebarea este cum să obțineți fontă bunăcalitate, se rezumă și la curățarea acestuia de acest element nedorit. Sulful este principala impuritate dăunătoare care înrăutățește semnificativ proprietățile produsului final de topire. Cantitatea sa principală este conținută în cocs. Sulful este îndepărtat prin creșterea conținutului de var (CaO) din încărcătură și creșterea temperaturii în cuptor. Reacția în acest caz arată astfel: FeS + CaO = FeO + CaO + Q. Se pot folosi și alte metode pentru a reduce procentul de conținut de sulf din fontă. De exemplu, uneori, materialul deja topit este prelucrat într-un jgheab de descărcare sau într-un bol de sifon. În acest caz, îndepărtarea sulfului are loc ca urmare a reacției FeS + NaCO₃ = FeO + Na₂S+CO₂.

Formarea zgurii

Astfel, am aflat cum să ajungemfontă. Cu toate acestea, atunci când acest material este topit, se obține un alt produs care este utilizat pe scară largă în economia națională. La topirea a 1 tonă de fontă, iese 0,6 tone de zgură. Faptul este că chiar și minereul de fier rafinat conține o cantitate destul de mare de argilă. Cola conține și cenușă. Pentru a elimina aceste elemente inutile, printre altele, se adaugă fluxuri (carbonați de calciu și magneziu). În timpul procesului de topire, acestea intră într-o reacție chimică cu diferite tipuri de impurități, având ca rezultat formarea de zgură. Este o topitură de aluminosilicat sau silicat.

Densitatea zgurii este mai mică decât cea a fontei lichide.Prin urmare, în timpul procesului de topire se află dedesubt. Este îndepărtat periodic printr-un orificiu separat, numit orificiu de zgură. Acest produs secundar al turnătoriilor de fier este utilizat în principal pentru producția de ciment și blocuri de construcție ca umplutură.

Tipuri de fontă

După cum puteți vedea, întrebarea este cum să introduceți fontafurnal, relativ simplu. În cele din urmă, totuși, cuptorul poate lăsa un material ușor diferit ca compoziție chimică și proprietăți fizice. Toate fontele sunt împărțite în principal în două soiuri: fontă brută (albă) și fontă de turnătorie (gri). Primul tip este folosit ca materie primă în producția de oțel. Turnatoria este folosită pentru a produce diverse tipuri de produse din fontă, care sunt la mare căutare pe piață.

Fontă albă

Ponderea acestui soi topită în furnalele înaltecuptoare metalice este de 75-80%. Principalele proprietăți ale unei astfel de fonte sunt: ​​duritate ridicată, fragilitate și rezistență la uzură. De obicei, conține mai mult mangan și sulf decât turnătoria. Fonta albă este dificil de prelucrat. Este imposibil să folosiți unelte convenționale de tăiere ale mașinilor moderne pentru a face orice produs din acesta. Dar oțelul este obținut din fontă de acest tip destul de simplu. În funcție de metoda de topire ulterioară, metalul cuptorului de porc este împărțit în trei clase: cu vatră deschisă (M), Bessemer (B) și Thomas (T).

Fontă

Carbonul din acest material se găsește în principal însub formă de grafit liber care conține siliciu. Este furnizat pentru fabricarea produselor din fontă sub formă de porci. Acest material este marcat cu litera „L” și numere de la „1” la „6”, în funcție de scopul său. Există și fontă rafinată cu magneziu, marcată cu literele „LR”.

Ei bine, sperăm că suntem pe deplin suficienta răspuns la întrebarea ce aliaj de fier cu ce substanță face posibilă obținerea fontei. Acesta este carbonul obișnuit care înlocuiește oxigenul conținut în minereul din furnal. Principalele proprietăți ale fontei depind de cantitatea de impurități incluse în compoziția sa: mangan, fosfor, siliciu și sulf.