Номер 3, страница 349 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 73. Производство стали. Глава 7. Химическая технология - номер 3, страница 349.

Условие.

3. Какие важнейшие типы сталеплавильных печей вам известны?

Решение.

Решение 2.

К важнейшим типам сталеплавильных агрегатов, используемым в современной металлургии или имевшим ключевое историческое значение, относятся кислородные конвертеры, дуговые сталеплавильные печи, индукционные печи и мартеновские печи.

Кислородный конвертер

Кислородно-конвертерный способ является доминирующим в мире методом производства стали из жидкого чугуна. Процесс осуществляется в конвертере — стальном сосуде грушевидной формы с огнеупорной футеровкой. В него заливают жидкий чугун, добавляют стальной лом (для охлаждения) и флюсы (обычно известь). Затем через специальную водоохлаждаемую трубку (фурму) в расплав сверху вдувают технически чистый кислород под большим давлением.

Кислород вступает в бурные экзотермические (с выделением тепла) реакции с примесями, содержащимися в чугуне: углеродом, кремнием, марганцем, фосфором. Например, реакция окисления углерода: $C + O_2 \rightarrow CO_2$. Выделяющегося тепла достаточно не только для поддержания металла в жидком состоянии, но и для расплавления лома и нагрева стали до необходимой температуры (около 1600–1650 °C) без использования внешних источников энергии. Оксиды примесей образуют с флюсами шлак, который покрывает поверхность металла и затем удаляется. Процесс отличается очень высокой скоростью: одна плавка длится всего 40–50 минут.

Преимущества: высочайшая производительность, отсутствие затрат на топливо или электроэнергию, относительно низкие эксплуатационные расходы.

Недостатки: ограниченная доля используемого лома (не более 30%), полная зависимость от доменного производства (требуется жидкий чугун).

Ответ: Кислородный конвертер — это основной высокопроизводительный агрегат для массового производства стали из жидкого чугуна путем его продувки кислородом.

Дуговая сталеплавильная печь (ДСП)

Дуговые сталеплавильные печи — главный агрегат для производства стали путем переплава вторичного сырья — стального лома. Они играют ключевую роль в цикле переработки металлов. В качестве сырья также может использоваться губчатое железо (продукт прямого восстановления руды) или чугун. Печь представляет собой стальной бак с огнеупорной футеровкой и съемным сводом, через который опускаются три мощных графитовых электрода.

После загрузки шихты электроды опускают до контакта с ней, и между концами электродов и металлом зажигается мощная электрическая дуга. Тепло от дуги, температура которой достигает 6000–10000 °C, плавит шихту. Для ускорения процесса и улучшения качества металла в печь могут вдувать кислород и вводить различные добавки. ДСП позволяют выплавлять сталь практически любого химического состава, включая высоколегированные и специальные марки, благодаря гибкости процесса и точному контролю температуры и состава ванны.

Преимущества: гибкость в выборе сырья (основной потребитель лома), возможность производства широкого марочного сортамента, меньшая экологическая нагрузка по сравнению с полным металлургическим циклом (доменная печь – конвертер).

Недостатки: высокое потребление электроэнергии, расход дорогостоящих графитовых электродов.

Ответ: Дуговая сталеплавильная печь — это электрический агрегат, использующий тепло мощной электрической дуги для переплава стального лома и производства качественной стали.

Индукционная печь

Индукционные печи применяются в основном для выплавки высококачественных сталей, специальных сплавов и в литейном производстве, как правило, для небольших и средних объемов металла. Принцип работы основан на явлении электромагнитной индукции.

Печь состоит из огнеупорного тигля, в который загружается металлическая шихта. Тигель находится внутри индуктора — катушки из медной трубки, по которой протекает переменный ток и циркулирует охлаждающая вода. Переменный ток в индукторе создает переменное магнитное поле, которое пронизывает металл в тигле и наводит в нем мощные вихревые токи (токи Фуко). Согласно закону Джоуля-Ленца, $Q = I^2 \cdot R \cdot t$, эти токи нагревают и расплавляют металл. Возникающие электромагнитные силы обеспечивают интенсивное перемешивание расплава, что способствует усреднению его состава и температуры.

Преимущества: получение очень чистого металла (нет загрязнения от электродов или продуктов сгорания топлива), точное регулирование температуры, высокая скорость плавки.

Недостатки: относительно невысокая производительность по сравнению с конвертерами и ДСП, невозможность удаления вредных примесей (серы, фосфора) в ходе плавки из-за отсутствия шлакового процесса.

Ответ: Индукционная печь — это тип электрической печи, где металл плавится за счет тепла от наведенных в нем вихревых токов; используется для получения специальных сталей и сплавов.

Мартеновская печь

Мартеновская печь — это пламенная регенеративная печь, которая доминировала в мировом производстве стали в первой половине XX века, но сегодня полностью устарела и выведена из эксплуатации почти во всех странах. Она представляет огромный исторический интерес как технология, определившая развитие металлургии на многие десятилетия.

Нагрев и плавление шихты (смеси чугуна и лома) осуществлялись за счет тепла от сжигания топлива (мазута или газа) в рабочем пространстве печи. Ключевой особенностью конструкции была система регенераторов — камер с огнеупорной решетчатой кладкой. Горячие отходящие газы, покидая печь, нагревали одну пару регенераторов. Затем направление потоков менялось, и холодный воздух и газ, подаваемые для горения, проходили через раскаленные регенераторы, сильно подогреваясь. Это позволяло достичь в печи очень высоких температур, достаточных для плавки стали.

Преимущества (исторические): возможность перерабатывать шихту любого состава, включая большие количества лома.

Недостатки: очень низкая производительность (плавка длилась много часов), большой расход топлива, сильное загрязнение атмосферы.

Ответ: Мартеновская печь — исторически важный, но ныне устаревший сталеплавильный агрегат, работавший за счет сжигания топлива с регенерацией тепла отходящих газов.