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՝ Al, Cu, Au 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
մինի|Թուջի ստացումը(նկար 1)
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.

Fe_2 O_3 \rightarrow Fe_3 O_4 \rightarrow Fe O \rightarrow Fe

Դոմնայի վերևի մասից շերտ-շերտ լցվում են մանրացված հանքաքարը	(Fe_2 O_3 կամ Fe_3 O_4), կոքսը և որպես հալիչ	նյութ	ծառայող կրաքարը։

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

C+O_2=CO_2 \triangle H=-294կՋ/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.

CO_2+C=2CO

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՝

3Fe_2 O_3+CO \rightleftarrows 2Fe_3 O_4+CO_2 400^0 C

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

Fe_3 O_4+CO \rightleftarrows 3FeO + CO_2 600^0 C

Fe O+CO \rightleftarrows Fe + CO_2 800^0 C

Ինչպես տեսնում եք, գրված ռեակցիաները դարձելի են, CO-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.

CaCO_3=CaO+CO_2       800^0 C

CaO+SiO_2=CaSiO_3      800^0 C

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

## Պողպատի ստացումը
մինի|Կոնվերտորի տեսքը
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.

2Fe+O_2=2FeO

C+FeO_2=CO+Fe

Si+2FeO=SiO_2+2Fe

2P+5FeO=P_2 O_5+5Fe

Mn+FeO=Mn O+Fe

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 W,Mo,Ti,Cr,Ni, 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

Կատեգորիա:Մետալուրգիա