Чугун и сталь химия

Чугун и сталь химия

Чугун и сталь химия

ХИМИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА И СТАЛИ

Сырьем для получения железа является железные руды, основой которых могут быть оксид железа (III) (красный железняк) или феррит железа (II) F е3 O 4 (магнитный железняк, или магнетит, от чего происходит название явления магнетизма).

Чтобы получить металлическое железо, его надо восстановить. Учитывая огромные масштабы производства железа (в мире его производится более 500 млн. т ежегодно), восстановитель должен быть доступным и достаточно дешевым. Такими свойствами обладает углерод в виде кокса.

В современной технологии используется кокс, но непосредственным восстановителем выступает, в основном, оксид углерода (II):

Процесс восстановления проводят в специальных вертикальных печах, которые называются доменными, высотой до нескольких десятков метров и внутренним объемом (в крупных) до 5 тыс. м . Производительность доменных печей достигает 4 млн. т металла в год.

Рассмотрим основные химические реакции, протекающие в доменной печи.

При взаимодействии кокса с кислородом воздуха происходит экзотермическая реакция, которая обеспечивает энергией все другие процессы:

При этом развивается температура, выше 1600 °С, выше температуры плавления железа. Именно для интенсификации (ускорение) этой реакции подогревают воздух, который подается в домну, или обогащают его кислородом.

Далее углекислый газ восстанавливается избытком кокса:

и оксид углерода, образовавшийся восстанавливает железо.

Сталкиваясь с углеродом, жидкое железо растворяет его, в результате образуется сплав железа с достаточно большим содержанием углерода — чугун.

Основной примесью до оксидов железа в руде есть песок SiO 2 . Эта тугоплавкая вещество остается твердым при температурах, развиваются внутри доменной печи. Чтобы превратить его в более легкоплавкую состав — шлак, в шихту вводят известняк. Происходит реакция:

Жидкий силикат кальция, образовавшегося (вместе с другими неметаллическими примесями), является жидкостью с меньшей плотностью, чем чугун. В доменной печи, таким образом, образуется два жидких слоя, что дает возможность выводить из нее поочередно жидкие чугун и шлак.

Полученный в доменном процессе чугун — твердый, но хрупкий материал, из него изготавливают детали, которые не поддаются ударам в процессе эксплуатации (маховые колеса, станины и др.).

Значительно выше потребность народного хозяйства в стали. В нее и перерабатывается основное количество производимого чугуна.

Сталь отличается от чугуна меньшим содержанием углерода. В чугуне он составляет 6% , а в стали не превышает 2%. Для удаления избыточного углерода его окисляют, добавляя к чугуну железный лом (всегда ржавый) и продувая через расплавленный чугун или над ним воздух, обогащенный кислородом. Одновременно с удалением углерода в расплав вводят примеси других металлов для получения сталей различного назначения.

Производство чугуна и стали
материал для подготовки к егэ (гиа) по химии на тему

Казанцева Светлана Юрьевна

Представленная схема поможет в подготовке к ЕГЭ и ОГЭ.

Скачать:

ВложениеРазмер
pr-vo_chuguna_i_stali.docx59.61 КБ

Предварительный просмотр:

Материал для подготовки к ЕГЭ, ОГЭ

Производство чугуна и стали

1 этап – обогащение руды

Железная руда (железняки магнитный Fe 3 O 4 , красный Fe 2 O 3 , бурый FeOOH)

Кокс (углерод, полученный при разложении каменного угля без доступа воздуха – его коксовании)

Флюсы (доломит MgCO 3 *Ca CO 3 , известняк Ca CO 3 ), необходимы для удаления примесей.

2 этап – выплавка чугуна (содержание углерода ≥ 2 % )

Процесс непрерывный, производится в доменных печах

Реакции, проходящие в доменной печи – восстановление железа из оксидов

Fe 2 O 3 + 3 C → 2 Fe + 3 CO – Q

Fe 2 O 3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO 2 + Q

Виды выплавляемых чугунов:

Содержит углерод в виде цементита(Fe 3 С), хрупкий

Переплавка в сталь

Содержит графит, менее хрупок

Изготовление радиаторов, моховых колес, скульптуры

Содержит добавки Mg, высокопрочный

Содержит добавки Mn

Раскислитель (восстановитель) в производстве стали

3 этап – выплавка стали (содержание углерода ≤ 1,9 % )

Выжигание лишнего углерода

Восстановление окисленного железа раскислителями

Fe 3 С + 2O 2 → CO + 3FeO

Mn + FeO → MnO + Fe

MnO + SiO 2 → MnSiO 3

Виды сталеплавильных печей

Особенности производства, преимущества

Периодический процесс (6-8 ч). 900 т стали за одну плавку – можно разливать в крупную форму

Периодический процесс ( 40 мин.). Суммарная производительность выше – 2 млн.т. в год

Периодический процесс. Высокая температура ≥ 3000 0 , возможно перемешивание, изменение скорости нагрева, время протекания процесса. Получение легированных сталей более высокого качества

Способы обработки стали

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Урок по предмету «Основы материаловедения «. Тема: «Чугуны. Классификация чугунов»

Урок изучения нового материала.

Полипредметный урок (химия, география, информатика) «Химические реакции в производстве чугуна и стали» с использованием технологии сетевого взаимодействия Web2.0.

При изучении темы «Химические реакции в производстве чугуна и стали» применялись знания учащихся по географии об основных технологических стадиях металлургического производства. Для луч.

Программа профессионального модуля. ПМ.02 Сварка и резка деталей из различных сталей, цветных металлов и их сплавов, чугунов во всех пространственных положениях

1.Паспорт программы ПМ 2.Результаты осваения ПМ3.Структура и примерное содержание ПМ4.Условия реализации программы ПМ5.Котроль и оценка результатов освоения ПМ.

ПМ.02. Сварка и резка деталей из различных сталей, цветных металлов и их сплавов, чугунов во всех пространственных положениях

Несчастный случай приключился вдр.

Урок химии 11 класс Тема: «Химико-технологические принципы промышленного получения металлов. Производство чугуна и стали»

Тип урока: Урок усвоения новых знаний.Цель урока:Образовательная – ознакомить учащихся с производством чугуна и стали, изучить химические процессы при получении стали и чугуна, .

Производство чугуна и стали

Самый большой в мире карьер, добывающий руду открытым способом, находится в Белгородской облСамый большой в мире карьер, добывающий руду открытым способом, находится в БСамый большой в мире карьер, до.

ХИМИЯ И ПРОИЗВОДСТВО (алюминия, чугуна и стали, серной кислоты, аммиака и метанола)

Цель урока: создать условия для самостоятельного применения обучающимися комплекса знаний и способа деятельности на примере химического производства. Задачи:образовательные: обобщить и систематиз.

Мир науки

Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!

Поскольку разные металлы имеют подобный металлический связь и образуют подобные кристаллические решетки, то при переходе в расплавленное состояние они могут смешиваться друг с другом, образуя сплавы. В расплавленных металлах могут растворяться также некоторые неметаллы и сложные вещества.

Сплав — это система, состоящая минимум из двух компонентов, из которых хотя бы один является металлом.

Сплавы имеют более разнообразные свойства по сравнению с металлами, поэтому в промышленности редко используют чистые металлы. В большинстве случаев для изготовления деталей различных машин и приборов применяют сплавы. Так медь, олово, цинк — мягкие металлы, а сплав на их основе — бронза — очень твердый. Поэтому бронза с давних времен используется человеком для изготовления оружия, сельскохозяйственных орудий труда и других изделий, требующих повышенной твердости. Сплавы являются главными конструкционными материалами. Их самые свойства — жаростойкость, коррозионная стойкость, прочность, твердость и т.п. обуславливают широкое применение сплавов в технике.

Сплавы проявляют общие свойства металлов: металлический блеск, высокие электропроводность и теплопроводность. Но свойства сплавов отличаются от свойств их компонентов. Твердость сплавов больше твердость металлов, входящих в их состав. Вот почему при изготовлении золотых ювелирных изделий для прочности добавляют медь или серебро. Плотность сплава равна средней плотности металлов, входящих в его состав. Температура плавления сплава, как правило, меньше температуры плавления наиболее легкоплавкого компонента. Например, сплав, состоящий из 36% свинца (tпл = 327 ? C) и 64% олова (tпл = 232 ? C) плавится при температуре 181 ? C. Теплопроводность и электропроводность сплавов меньше, чем в некоторых металлов. При смешивании металлов часто происходит изменение цвета, например, сплав меди с никелем, который используется при чеканке монет имеет белый цвет. В наше время создаются сплавы с заранее заданными необходимыми свойствами.

По своей внутренней кристаллической структуре сплавы бывают разными: растворами, смесями или соединениями. Если атомы одного металла замещают атомы другого в узлах кристаллической решетки, то образуются твердые растворы. Это возможно, если размеры атомов отдельных металлов были близки, а типы кристаллических решеток совпадают. Примером такого сплава является мельхиор — сплав меди и никеля. Механические смеси состоят из кристаллов металлов. Если при сплавлении металлы взаимодействуют друг с другом, то образуются интерметаллических соединений. Большинство сплавов по своей структуре являются неоднородными, некоторые сплавы являются однородными (например, латунь — сплав меди и цинка).

Различают черные и цветные сплавы. Черными сплавами называют сплавы на основе железа. К ним относятся чугун и сталь. Чугуном называют сплав железа с углеродом с массовой долей углерода больше 1,7%. Чаще чугун содержит от 2,6% до 3,6% углерода. Кроме углерода, в чугуне является кремний, марганец, сера, фосфор и другие компоненты. Чугун — твердый и хрупкий материал. Его широко применяют в машиностроении для изготовления различных деталей. Сталь содержит менее 1,7% углерода. В отличие от чугуна сталь ковка. По назначению различают машиностроительную (конструкционную) и инструментальную стали. Неиржавна сталь устойчива к коррозии. Сталь и чугун являются важнейшими сплавами современной техники. Объемы производства этих железоуглеродистых сплавов превышают производство всех других металлов вместе взятых более чем в десять раз.

Алюминиевые сплавы легкие, обладают высокими электро-и теплопроводность, коррозионную стойкость, прочность. Их применяют как конструкционные материалы в авиации, строительстве, машиностроении, электротехнике. Сплавы на основе магния присущи легкость, прочность, коррозионная стойкость, поэтому их используют в автомобилестроении, для изготовления штампованных изделий сложной формы. Титановые сплавы применяют в авиации, ракетостроении для изготовления химической аппаратуры, а также в медицине. Медные сплавы прочны, обладают высокой электропроводностью, коррозионную стойкость, пластичность. Из них изготавливают трубы, различные аппараты и детали, художественные изделия и скульптуры.

В XXI веке металлы и сплавы остаются самыми распространенными материалами, которые применяются в различных отраслях.

Описание состава сплава чугуна и отличие его от стали

Чугун — это сплав железа с углеродом. По процентному содержанию железа содержится более 90%. Количество углерода колеблется в пределах 2,14- 6,67%. Благодаря этому элементу материал имеет высокую твердость, но появляется хрупкость. Это влечет ухудшение ковкости и пластичности. В некоторые виды для улучшения характеристики добавляются легирующие элементы: алюминий, хром, ванадий, никель.

Характеристика видов углеродистого металла

Диаграмма железо-углерод показывает, из чего состоит чугун. Кроме железа, присутствует углерод в виде графита и цементита.

Содержание углерода в чугуне

Состав сплава чугуна имеет разновидности:

    Белый. Присутствующий здесь углерод находится в химически связанном состоянии. Металл прочный, но хрупкий, поэтому плохо поддается механической обработке. В промышленности используется в виде отливок. Свойство материала позволяют вести его обработку абразивным кругом. Сложность вызывает процесс сварки, поскольку есть вероятность появления трещин из-за неоднородности структуры. Применение нашел в областях, связанных с сухим трением. Обладает повышенной жаростойкостью и износостойкостью.
  • Половинчатый. Обладает повышенной хрупкостью, поэтому не нашел широкого применения. Серый. ГОСТ 1412–85 указывает, какой процент примесей содержит в своем составе этот металл: 3,5% углерода, 0,8% марганца, 0,3% фосфора, 0,12% серы и до 2,5% кремния. Присутствующий в пластинчатой форме углерод создает низкую ударную вязкость. Характеристика вида указывает, что на сжатие материал работает лучше, чем на растяжение. При достаточном нагреве обладает неплохой свариваемостью.
  • Ковкий. Ферритовая основа такого вида обеспечивает ему высокую пластичность. В изломе имеет черный, бархатистый цвет. Получается из белого, который томится длительное время при температуре 800−950 градусов.
  • Высокопрочный. Отличие от других видов заключается в присутствии графита шаровидной формы. Получается из серого после добавления в него магния.

Индивидуальные свойства металла

Материал характеризуется определенными характеристиками. К ним относятся:

    Физические. Такие величины, как удельный вес или коэффициент расширения зависят от того, сколько составляет в металле содержание углерода. Материал тяжелый, поэтому из него можно делать чугунные ванны.
  • Тепловые. Теплопроводность позволяет аккумулировать тепло и удерживать, распространяя его равномерно во все стороны. Это используется при изготовлении сковородок или батарей для отопления.
  • Механические. Эти характеристики меняются в зависимости от графитовой основы. Наиболее прочный — серый чугун, имеющий перлитовую основу. Материал с ферритовой составляющей более ковкий.

В зависимости от наличия примесей появляется разница в свойствах материала.

К таким элементам относятся сера, фосфор, кремний, марганец:

  • Сера уменьшает текучесть металла.
  • Фосфор понижает прочность, но позволяет изготавливать изделия сложной формы.
  • Кремний увеличивает текучесть материала, снижая его температуру плавления.
  • Марганец дает прочность, но понижает текучесть.

Различия между чугуном и сталью

Температура плавления чугуна и стали

Чтобы понять, чем отличается сталь от чугуна, нужно рассмотреть их характеристики. Отличительной особенностью чугуна является количество углерода. Минимальное содержание его составляет 2,14%. Это основной показатель, по которому можно отличить этот материал от стали.

Содержание железа в стали составляет 45%, а процентное содержание углерода до 2. Для определения различий на глаз нужно обратить внимание на цвет. Сталь имеет светлый оттенок, а чугун темный.

Определить же процентное содержание примесей может только химический анализ. Если сравнивать температуру плавления чугуна и стали, то у чугуна она ниже и составляет 1150−1250 градусов. У стали — в районе 1500.

Чтобы отличить материал, нужно провести следующие действия:

  • Изделие опускается в воду и определяется объем вытесненной воды. У чугуна плотность меньше. Она составляет 7,2г/см3. У стали — 7,7−7,9 г / см3 .
  • К поверхности прикладывается магнит, который к стали притягивается лучше.
  • При помощи шлифовальной машинки или напильника натирается стружка. Затем она собирается в бумагу и вытирается об нее. Сталь не оставит следов.

Плюсы и минусы материала

Как и любой материал, чугун имеет положительные и отрицательнее стороны. К положительным качествам относятся:

    большая разновидность состояний.
  • некоторые виды обладают высокой прочностью;
  • возможность длительное время сохранять температуру;
  • экологическая чистота, что позволяет изготавливать из него посуду;
  • стойкость к кислотно-щелочной среде;
  • высокая гигиеничность;
  • длительный срок эксплуатации и долговечность;
  • безвредность материала.

Однако и минусы тоже присутствуют. К ним относятся:

  • при длительном нахождении в воде поверхность покрывается ржавчиной;
  • высокая стоимость материала;
  • низкая пластичность серого вида чугуна;
  • хрупкость.

 Состав чугуна в процентах

Чугун — это металл, который характеризуется высоким содержанием углерода. Благодаря этому у него присутствуют качества, которые бывают необходимы для промышленных и бытовых целей.

Читайте также  простая схема цветомузыки на лампах 220в
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector