Թուջի և պողպատի արտադրություն



Երկաթի համաձուլվածքները 
Բնության մեջ երկաթը ալյումինից հետո ամենատարածված մետաղն է, սակայն հանդիպում է գերազանցապես միացությունների ձևով, կազմում է երկրակեղևի զանգվածի շուրջ 4%-ը։ Արդյունաբերությունում երկաթը ստանում են հրամետաղարտադրական եղանակով, հատուկ կառուցվածքի վառարանում՝ դոմնայում՝ որպես հումք օգտագործելով օքսիդային հանքաքարեր, իսկ որպես վերականգնիչ՝ կոքս։

Մետաղարտադրությանը (մետալուրգիան) գիտություն է մետաղների արդյունաբերական ստացման եղանակների մասին 
Տարրերում են սև և գունավոր մետաղարտադրություն, ընդ որում՝ երկաթինը և դրա հւսմաձուլվւսծքներինը համարվում է սև, իսկ գունավոր մետաղներինը՝ , ,  և այլն, գունավոր մետաղարտադրություն։ Տնտեսությունում կիրառվող բոլոր մետաղների 90%-ը բաժին է ընկնում սև մետաղներին։

Որոշ համաձուլվածքների բաղադրությունը և կիրառությունը (Al,Cu,Ni,Hg մետաղների համաձուլվածքներ)

Պողպատներ 

 Թուջը թեև կարծր, սակայն փխրուն համաձուլվածք է, հարվածից կոտրվում, փշրվում է։ Պատճառը ածխածնի բավական մեծ պարունակությունն է, որը կարող է հասնել մինչև 4%-ի։ Մոխրագույն թուջի մեջ լուծված ածխածինն առաջացնում է գրաֆիւոային փխրուն շերտեր, որոնք էական ազդեցություն են թողնում մետաղի մեխանիկական հատկությունների վրա։ Այն հնարավոր չէ կտրել, շաշափել, ձգել և այլն։ Այդ է պատճառը, որ թուջն ունի սահմանափակ կիրառություն. դրանից պատրաստում են միայն հաստոցների ձուլածո իրաններ, խողովակներ, թափանիվներ, սալիկներ։

Պողպատը, շնորհիվ մեխանիկական լավ հատկությունների՝ պլաստիկության, կռելիության, կոփելիության, ձգվողականության, ամրության, ստացել է լայն կիրառություն։ Այն ստանում են թուջի վերամշակումից։

Թուջի ստացումը 

Դոմնան (նկար 1) պողպատե իրանով, ներսից հրակայուն աղյուսով պատված, հատուկ կաոուցվածքի, մեծ բարձրության վառարան է, որում ստացվում է ոչ թե մաքուր երկաթ, այլ թուջ։

Վառարանում երկաթի օքսիդների աստիճանական վերականգնումը կատարվում է հետևյալ ուրվագրով.

Դոմնայի վերևի մասից շերտ-շերտ լցվում են մանրացված հանքաքարը	( կամ ), կոքսը և որպես հալիչ	նյութ	ծառայող կրաքարը։

Ներքևի մասից տրվում է տաք օդ, որի մեջ ընթանում է ածխածնի այրման ռեակցիան.

 կՋ/մոլ

Մեծ քանակով ջերմության անջատման շնորհիվ ջերմաստիճանն այդ տիրույթում բարձրանում է մինչև 1700 °C: Գոյացած ածխաթթու գազի և շիկացած կոքսի փոխազդեցությունից առաջանում է հիմնական վերականգնիչ նյութը ածխածնի(II) օքսիդը.

Վերջինս, բարձրանալով վեր և հանդիպելով հանքաքարի մասնիկներին, իրականացնում է օքսիդների աստիճանական վերականգնումը ջերմաստիճանային տարբեր պայմաններում` ըստ օքսիդից թթվածնի կորզման դժվարության։ 
Ամենացածր ջերմաստիճանը վառարանի վերևի մասում է, որտեղ և կատարվում է առաջին վերականգնումը՝

 

Մյուս ռեակցիաներն իրականացվում են ցածր տիրույթներում, ավելի ու ավելի բարձր ջերմաստիճաններում.

 

 

Ինչպես տեսնում եք, գրված ռեակցիաները դարձելի են, -ն ամբողջությամբ չի սպառվում, և վառարանից դուրս եկող գազային խառնուրդում պարունակվում է մոտ 8% շմոլ գազ։ Դոմնային գազն այրում են օդատաքացուցիչներում և անջատվող ջերմության հաշվին տաքացնում վառարան մտնող թարմ օդը։
Հանքաքարը կարող է պարունակել նաև քիչ քանակներով մանգանի, ֆոսֆորի, ծծմբի և սիլիցիումի միացություններ, որոնց վերականգնման հետևանքով կգոյանան նաև համապատասխան պարզ նյութեր։ Վերջիններս, ածխածնի հետ միասին լուծվելով կամ մասամբ փոխազդելով երկաթի հետ, անցնում են հալված մետաղի մեջ՝ առաջացնելով համաձուլվածք։

Հանքանյութի մեջ զգալի բաժին կարող է կազմել սիլիցիումի (№) I օքսիդը, որը, լինելով դժվարահալ, պինդ վիճակով կխառնվեր հալված երկաթին և կխանգարեր դոմնային գործընթացը։ Այս խնդիրը լուծվել է կրաքարի միջոցով, որը, փոխազդելով նշված օքսիդի հետ, այն վերածում է դյուրահալ սիլիկատի։ Վերջինս՝ որպես խարամ, հավաքվում է թուջի մակերևույթին.

       

      

Հալված թուջը և խարամը, որ պարունակում է նաև որոշ այլ աղեր, հանվում են վառարանի տարբեր կողմերից։

Պողպատի ստացումը 

Պողպատաձուլման վառարանում փոքրացվում է թուջում պարունակվող ածխածնի, ծծմբի, ֆոսֆորի, մանգանի քանակը։ Ածխածինը չպետք է գերազանցի 1,7 %-ը, իսկ մյուս տարրերի պարունակությունը պետք է իջեցնել հասցնելով նվազագույնի։

Գոյություն ունեն պողպատի ստացման երեք տեսակի վառարաններ՝ կոնվերտորային, մարտենյան և էլեկտրաաղեղնային։ Կոնվերտորը պողպատե իրանով տանձաձև փոխարկիչ է, որը ներսից պատված է հրակայուն աղյուսի հաստ շերտով (նկ. 2)։

Հալված թուջի մեջ փչվում է այնպիսի քանակով թթվածին, որ բավարարի դրա մեջ գտնվող նշված տարրերն օքսիդների վերածելու համար։ Համաձայն զանգվածների ազդման օրենքի՝ նախ օքսիդանում է երկաթը, քանի որ վերջինիս կոնցենտրացիան շատ մեծ է, իսկ գոյացած օքսիդը փոխազդում է խառնուրդների հետ՝ դրանք վերածելով օքսիդների.

Սիլիցիումի, ֆոսֆորի և մանգանի գոյացած օքսիդները այնուհետև, փոխազդելով կոնվերտորի թթվային կամ հիմնային բնույթի աղյուսների և ավելացվող կրաքարի հետ, վերածվում են դյուրահալ աղերի՝ խարամի տեսքով։ Կոնվերտորում ընթացող ռեակցիաները, հիմնականում լինելով ջերմանջատիչ, ապահովում են վառարանի բարձր ջերմաստիճանը և ստացվող պողպատի բարձր որակը։

Մարտենյան վառարանի հնարավորություններն ավելի մեծ են. այստեղ թուջին կարող են ավելացվել նաև մետաղի ջարդոն և անգամ երկաթի հանքաքար։

Էլեկտրաաղեղնային վառարանում շատ բարձր ջերմաստիճաններն ապահովվում են էլեկտրական աղեղի միջոցով, որը հնարավորություն է տալիս ստանալու դժվարահալ մետաղներ պարունակող համաձուլվածքներ։ Սրանք կոչվում են լեգիրացված պողպատներ, որոնք զգալի քանակներով պարունակում են , և այլ մետաղներ։ Լեգիրացված պողպատների առանձին տեսակներ օժտված են մեծ ամրությամբ, հրակայունությամբ, մաշադիմացկունությամբ, կերամաշակայունությամբ։ Շնորհիվ այս հատկությունների՝ դրանք ստացել են լայն կիրառություն հրթիռաշինության, մեքենաշինության, քիմիական և բժշկական սարքաշինության, նավթա- և գազամուղային խողովակների արտադրությունում և այլ ոլորտներում։

Աղբյուրներ 
 Քիմիա 12-րդ դասարանի դասագիրք

Մետալուրգիա