ДОМЕННЕ ВИРОБНИЦТВО ЧАВУНУ

Головною технологією виробництва чавуну є виплавка в доменних печах.

Чавун виплавляють у величезних доменних печах, викладених із вогнетривкої цегли. Заввишки ці споруди 30 м; внутрішній діаметр – близько дванадцяти метрів. Для виробництва чавуну в доменних печах вихідними матеріалами є залізні руди, паливо та флюси. Таку суміш сировинних матеріалів називають шихтою.

Найважливіші залізні руди: магнетит Fе3О4, гематит Fe2О3, гетит FеО(ОН), сидерит FеСО3, пірит FеS2.

Як паливо для доменної плавки використовують кокс – продукт сухої перегонки кам’яного вугілля.

Частково замість коксу можуть бути використані природний газ, мазут або пилоподібне паливо.

Вапняк СaCO3 і доломіт MgCO3 використовують як флюс. За допомогою флюсів тугоплавкі домішки та пусту породу перетворюють у легкоплавкі сполуки, шлак.

У доменну піч через фурми вдувають збагачене киснем і підігріте до 600-800 ºС повітря. Згоряння палива у доменній печі – екзотермічна реакція:

С + О2 = СО2↑ + Q

За високої температури карбон(IV) оксид взаємодіє з коксом. Продуктом реакції є карбон(ІІ) оксид:

СО2 + С = 2СО

Карбон(IІ) оксид відновлює залізну руду до так званого губчастого заліза:

3Fe2O3 + СО = 2Fe3O4 + СО2↑ + Q

Fe3O4 + СО = 3FeО + СО2↑ - Q

FeО + СО = Fe + СО2↑ + Q

Відновлене в доменній печі залізо інтенсивно поглинає вуглець. Продуктом реакції заліза з коксом і чадним газом є цементит Fe3C:

3Fe + 2CO = Fe3C + СО2↑ + Q

3Fe + С = Fe3C

За високої температури вапняк розкладається. Утворений кальцій оксид реагує з тугоплавкими домішками. Утворюються легкоплавкі речовини – шлаки:

СаО + SiO2 = CaSiO3

Залізо поступово опускається у більш гарячу частину печі (розпар) і розчиняє в собі вуглець. Утворюється чавун. Він плавиться та стікає в нижню частину горна, а рідкі шлаки збираються на поверхні. Вони запобігають окисненню чавуну. Чавун і шлаки випускають (у міру нагромадження) через особливі отвори, забиті в інший час глиною.

З доменної печі виходять гази, які містять до 25% карбон(ІІ) оксиду. Їх спалюють в особливих апаратах – кауперах. Каупери призначені для попереднього нагрівання повітря, яке вдувають у піч.

Доменна піч працює безупинно. У міру перетворення на чавун у піч додають нові порції шихти. Суміш руди й коксу надходить підйомниками на верхню площадку печі. Шихту завантажують у чавунну лійку, закриту знизу колошниковим затвором. При опусканні затвора суміш потрапляє в піч. Робота печі триває протягом кількох років, аж до капітального ремонту.

В одній доменній печі за добу можна зварити понад 2000 т чавуну.

Із чавуну виливають найрізноманітніші вироби: деталі складної конфігурації, скульптури, предмети декору. Такий чавун називають ливарним. Додавання магнію та інших металів значно поліпшує механічні властивості чавуну, зменшує його крихкість.

Доменний шлак використовують для виготовлення шлакобетону, шлаковати, гравію, щебеню тощо.

Висновки

Виробництво чавуну здійснюють у доменних печах.

Суміш сировинних матеріалів, яку використовують для виробництва чавуну, називають шихтою.

З ливарного чавуну виливають найрізноманітніші вироби.

Доменний шлак використовують для виготовлення шлакобетону, шлаковати, гравію, щебеню тощо.

МЕТА УРОКУ

На основі знань учнів про окисно-відновні процеси та загальні способи добування металів дати поняття про доменне виробництво чавуну, його хімізм.

НАЙВАЖЛИВІШІ ПОНЯТТЯ, ЯКІ ВВОДЯТЬ УПЕРШЕ

Доменна піч, шихта, флюси, паливо, шлак, ливарний і переробний чавун, доменний газ, каупери.

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ ДО ПРОВЕДЕННЯ УРОКУ

При вивченні доменного виробництва чавуну важливо привернути увагу учнів до складу шихти, схарактеризувати призначення її компонентів.

При ознайомленні з будовою доменної печі недоцільно надто деталізувати його опис, однак учні мають зрозуміти, що саме процеси, які відбуваються в домні, зумовлюють конструкційні особливості її будови.