Томасовский способ получения стали кратко

Обновлено: 07.07.2024

Ключевые слова конспекта: производство чугуна, производство стали, железная руда, чугун, сталь, руда, кокс, силикат кальция, пирит, доменная печь.

ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА. ДОМЕННАЯ ПЕЧЬ

По объёму производства и потребления железо является важнейшим металлом. Обычно железо используется в виде сплавов. Отрасль промышленности, производящая железо и его сплавы, – чёрная металлургия.

Источником получения железа является железная руда. В руде основными компонентами являются соединения железа:

  • Fe3O4 – магнетит (магнитный железняк),
  • Fe2O3 – гематит (красный железняк),
  • Fe2O3nH2O – лимонит (бурый железняк),
  • FeS2 – пирит (железный колчедан, серный колчедан).

Пирит сначала обжигают (в ходе производства серной кислоты), а огарок (Fe2O3) используют в производстве чугуна.

Продуктами производства являются чугун и сталь.

Чугун – сплав железа с углеродом, в котором массовая доля углерода составляет более 2%, а также имеются примеси кремния, фосфора, серы и марганца.

Производство чугуна осуществляют в доменных печах (см. рис). Сырьём для производства являются железная руда, кокс, известняк и горячий воздух.


Руда последовательно претерпевает превращения:

В руде присутствует также пустая порода, которую образует главным образом кремнезём – SiO2. Это тугоплавкое вещество. Для превращения его в легкоплавкие соединения к руде добавляется флюс. Обычно это известняк. При взаимодействии его с кремнезёмом (SiO2) образуется силикат кальция:

СаСO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2↑ (800 °С)

Образующийся силикат легко отделяется в виде шлака.

При восстановлении руды железо получается в твёрдом состоянии. Постепенно оно опускается в более горячую часть печи – распар – и растворяет в себе углерод. Образуется чугун. Последний плавится и стекает в нижнюю часть домны, а жидкие шлаки собираются на поверхности чугуна, предохраняя его от окисления. Чугун и шлаки периодически выпускают через особые отверстия.

Когда металлическое железо выделяется в жидком состоянии, в нём сравнительно хорошо растворяется углерод. При кристаллизации такого раствора образуется чугун – сплав железа с углеродом. Он обладает высокой хрупкостью из-за большого содержания в нём карбида железа Fe3C (цементита), который образуется в результате побочных реакций:

3Fe + С = Fe3C
3Fe + 2СО = Fe3C + СO2

В чугуне содержатся примеси фосфора, серы. Сера ухудшает текучесть чугуна и вызывает красноломкость стали – хрупкость при нагревании до температуры красного каления. Фосфор вызывает хладноломкость стали – хрупкость при обычной температуре.

ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ

Сталь – сплав железа с углеродом, в котором массовая доля углерода составляет менее 2%.

Сущность получения стали из чугуна заключается в уменьшении содержания углерода в металле и возможно более полном удалении примесей – серы и фосфора, а также в доведении содержания кремния, марганца и других элементов до требуемых пределов.

Существует несколько способов переработки чугуна в сталь : мартеновский, бессемеровский и томасовский. Они различаются методами окисления.

В бессемеровском и томасовском способах окисление осуществляется кислородом воздуха, продуваемого через расплавленный металл. Во всех процессах углерод, содержащийся в металле, окисляется до СО и СO2, удаляемых из реакционной зоны. Кремний Si, марганец Мn, хром Сг и другие металлы, окисляясь, переходят в шлак в виде SiO2, МnО и т. д.

Механизм процесса окисления может быть представлен следующим образом. В первую очередь окисляется часть железа. Часть образующихся оксидов растворяется в металле и взаимодействует с примесями:

С + FeO ⇆ Fe + СО
Si + 2FeO ⇆ 2Fe + SiO2
2P + 5FeO ⇆ 5Fe + P2O5

Для максимального удаления примесей серы и фосфора необходимо, чтобы в процессе передела чугуна получались основные шлаки; это достигается путём добавления известняка или извести. Сера, содержащаяся в чугуне в виде FeS, реагирует с оксидом кальция СаО:

FeS + СаО = CaS + FeO

Образующийся сульфид кальция переходит в шлак. Образовавшийся P2O5 также взаимодействует с известью, образуя фосфат кальция, переходящий в шлак:

3СаО + P2O5 = Са3(РO4)2

Бессемеровский и томасовский способы осуществляют в конвертерах. Конвертеры – аппараты грушевидной формы, изготовленные из специальной котельной стали (кожух) и футерованные изнутри огнеупорными материалами.

То́масовский проце́сс (томасирование чугуна), также известный к процесс Гилкриста—Томаса — один из видов передела жидкого (получаемого из доменной печи) чугуна в сталь. Он был предложен Сидни Гилкристом Томасом (англ.) русск. в 1878 году, а затем разработан совместно Сидни Гилкристом Томасом и его двоюродным братом Перси Карлайлом Гилкристом (англ.) русск. . Процесс успешно конкурировал с бессемеровским процессом, так как позволял перерабатывать чугун, содержащий до 2 % фосфора. Распространению Томасовского процесса способствовало то, что томасовская сталь была дешевле стали, полученной другими способами.

Наибольшее применение томасовский процесс получил сначала в Германии, обладавшей в то время большими запасами лотарингских высокофосфористых руд (первые плавки в 1879 году). В России процесс был введён в 80-х гг. XIX века на Таганрогском, Керченском и Мариупольском заводах. В конце XIX века томасовская сталь по объёму мирового производства (около 25 % от всей выплавки стали) занимала 2-е место (после бессемеровской). Однако несколько повышенное по сравнению с мартеновским металлом содержание азота и фосфора, обусловившее бо́льшую хрупкость и хладоломкость томасовской стали, ограничило область её применения. В начале XX века томасовский процесс уступил по объёму производства стали мартеновскому процессу. В дальнейшем доля томасовского металла продолжала снижаться и к 1974 году была менее 2 %.

В 50-х гг. XX века был разработан ряд новых вариантов Томасовского процесса, позволявших получать сталь с пониженным содержанием азота: продувка воздухом, обогащённым кислородом, парокислородной смесью, смесью кислорода и углекислого газа. Однако к середине 70-х гг. XX века Томасовский процесс практически вытеснен кислородно-конвертерным процессом.

  • Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
  • Добавить иллюстрации. статью.
  • Переработать оформление в соответствии с правилами написания статей.
  • Производство стали
  • Промышленные печи

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Томасовский процесс" в других словарях:

ТОМАСОВСКИЙ ПРОЦЕСС — передел жидкого фосфористого чугуна в сталь продувкой сжатым воздухом или др. окислительной газовой смесью в конвертере с основной футеровкой. Предложен в 1878 С. Дж. Томасом. Вытеснен во 2 й пол. 20 в. кислородно конвертерным процессом … Большой Энциклопедический словарь

томасовский процесс — [Thomas process] технологический процесс производства стали из жидкого чугуна с высоким содержанием Р (1,6 2,0 %) в конвертере с основной футеровкой, в котором чугун продувается воздухом, подаваемым через сопла в днище конвертера. В томасовский… … Энциклопедический словарь по металлургии

Томасовский процесс — [от имени английского металлурга С. Дж. Томаса (S. G. Thornos; 1850 85)] сталеплавильный процесс, разновидность конвертерного процесса. В отличие от бессемеровского процесса осуществляется путем донной продувки жидкого чугуна воздухом в… … Энциклопедический словарь по металлургии

ТОМАСОВСКИЙ ПРОЦЕСС — [от имени английского металлурга С. Дж. Томаса (S. G. Thomos; 1850 85)] сталеплавильный процесс, разновидность конвертерного процесса. В отличие от бессемеровского процесса осуществляется путем донной продувки жидкого чугуна воздухом в конвертере … Металлургический словарь

томасовский процесс — передел жидкого фосфористого чугуна в сталь продувкой сжатым воздухом или другой окислительной газовой смесью в конвертере с основной футеровкой. Предложен в 1878 С. Дж. Томасом. Вытеснен во второй половине XX в. кислородно конвертерным процессом … Энциклопедический словарь

Томасовский процесс — томасирование чугуна, один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива (см. Конвертерное производство). Т. п. был предложен С. Дж. Томасом в 1878 и успешно конкурировал с бессемеровским процессом (См. Бессемеровский… … Большая советская энциклопедия

томасовский процесс — (по имени англ. металлурга С. Томаса (thomas), 1850 1885) томасироваяие чугуна процесс получения стали из жидкого чугуна продувкой его воздухом (часто обогащенным кислородом) в конвертере с футеровкой из химически основного материала, напр,… … Словарь иностранных слов русского языка

ТОМАСОВСКИЙ ПРОЦЕСС — томасирование [от имени англ. металлурга С. Дж. Томаса (S. G. Thomas; 1850 85)], сталеплавильный процесс, разновидность конвертерного процесса. В отличие от бессемеровского процесса осуществлялся путём донной продувки жидкого чугуна воздухом в… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Процесс — [process]: Смотри также: электросталеплавильный процесс цементационный процесс хлоридовозгоночный процесс томасовский процесс … Энциклопедический словарь по металлургии

Бессемеровский процесс был предложен Г. Бессемером в 1856 г. Существовавший до этого тигельный способ, производства стали не мог удовлетворить потребности развивающегося железнодорожного строительства, судостроения и машиностроения.

Сущность метода заключается в продувке жидкого чугуна воз­духом в конвертере. Продувка осуществляется через установленные в днище конвертера фурмы. Под действием кислорода дутья при­меси чугуна (кремний, марганец, углерод) окисляются, выделяя зна­чительное количество тепла. При этом происходит снижение содер­жания примесей и повышение температуры металла, достаточной для нагрева получаемой стали до температуры выпуска (~1600°С).

Общий вид конвертера для продувки чугуна снизу показан иа

Риц. 51. Устройство бессемеровского конвертера:

/ — цапфы; 2 —опорное кольцо; 3—горловина; 4 — шестерня; 5—опор­ная станина; 6 — диище; 7 —воздушная коробка; « — патрубок для подачи дутья; 9 — корпус; 10— футеровка; И — сопла

Рис. 51. Корпус — стальной кожух, футерован огнеупорным кирпи­чом. Футеровка конвертера кислая (дииасовый кирпич). Футерован­ное днище скабжеио соплами для подачи воздуха. Сопла выполнены в отдельных огнеупорных (шамотных) кирпичах — фурмах.

Основными недостатками процесса являются невысокое каче­ство металла, присутствие в нем не удаленных при продувке вредных примесей: фосфора и серы. Для выплавки бессемеровских чугунов нужны очень чистые по содержанию серы и фосфора железные руды, природные запасы которых ограничены. В 1878 г. С. Томас вместо кислой футеровки бессемеровского конвертера применил основную, а для связывания фосфора предложил использовать известь. Тома – совский процесс позволил перерабатывать высокофосфористые чугу­ны и получил распространение в странах, где железные руды боль­шинства месторождений содержат миого фосфора (Бельгия, Люк­сембург и др.).

Однако и томасовский процесс имеет серьезные недостатки, главным из которых является понижение качества стали вследствие высокого содержания в ней азота. Повышенная хрупкость и склон­ность к старению томасовской стали ограничивают область ее приме­нения.

Для расширения сортамента томасовской стали были разработа­ны новые технологические варианты этого процесса, обеспечивающие уменьшение хрупкости металла и склонности его к старению. В практике томасовского производства нашли применение работы иа двойном шлаке для снижения содержания фосфора (до 0,015 %), продувка через дно воздухом, обогащенным кислородом, и продувка

Через дно смесями кислород — пар и кислород — углекислый газ для получения стали с низким содержанием азота (до 0,001—0,0035 %).

Дальнейшее совершенствование томасовского производства при­вело к созданию способов передела высокофосфористых чугунов с донным кислородным дутьем.

Томасирование чугуна, один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива (см. Конвертерное производство). Т. п. был предложен С. Дж. Томасом в 1878 и успешно конкурировал с бессемеровским процессом (См. Бессемеровский процесс), т.к. позволял перерабатывать чугун, содержащий до 2% P. Распространению Т. п. способствовало то, что томасовская сталь была дешевле стали, полученной другими способами.

Наибольшее применение Т. п. получил сначала в Германии, обладавшей в то время большими запасами лотарингских высокофосфористых руд (первые плавки в 1879). В России Т. п. был введён в 80-х г. 19 в. на Таганрогском, Керченском и Мариупольском заводах. В конце 19 в. томасовская сталь по объёму мирового производства (около 25% от всей выплавки стали) занимала 2-е место (после бессемеровской). Однако несколько повышенное по сравнению с мартеновским металлом содержание азота и фосфора, обусловившее большую хрупкость и хладоломкость томасовской стали, ограничило область её применения. В начале 20 в. Т. п. уступил по объёму производства стали мартеновскому процессу. В дальнейшем доля томасовского металла продолжала снижаться (в 1974 менее 2%).

В 50-х гг. 20 в. был разработан ряд новых вариантов Т. п., позволявших получать сталь с пониженным содержанием азота: продувка воздухом, обогащенным кислородом, парокислородной смесью, смесью кислорода и углекислого газа. Однако к середине 70-х гг. 20 в. Т. п. практически вытеснен кислородно-конвертерным процессом (См. Кислородно-конвертерный процесс). В СССР томасовских конвертеров нет.

Читайте также: