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՝ {\displaystyle Al}, {\displaystyle Cu}, {\displaystyle 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)
--------------------------------------------------------------------------------------------

| Համաձուլվածքի անունը | Բաղադրությունը | Կիրառությունը |
| --- | --- | --- |
| Դյուրայլումին | Al` 95%,Cu` 4 %, Mg,Fe,Si` 1 % | Ինքնաթիռաշինություն |
| Բրոնզ | Պղինձ և անագ | Քանդակագործություն,թնդանոթա- և մեքենաշինություն |
| Արույր | Պղինձ և ցինկ | Թիթեղ, ժապավեն,լար, խողովակ,առանցքակալ, կոնդեսատորային խողովակներ |
| Մետաղադրամային պղինձ | Պղինձ,անագ և ցինկ | Մետաղադրամներ |
| Մելքիոր | Պղինձ, նիկել ,կոլբատ | Բժշկական գործիքներ,մեքենաշինական մասեր,լայն սպառման առարկաներ |
| Ամալգամ | Որևէ մետաղի համաձուլվածքը Hg-ի հետ | Ատամնաբուժության,ոսկու և պլատինի արդյունահանում,մետաղյա իրերի ոսկեզօծում,մետաղյա թափոնների վերամշակում |

Պողպատներ
---------

| Համաձուլվածքի անունը | Բաղադրությունը | Կիրառությունը |
| --- | --- | --- |
| Չժանգոտվող | Cr և Ni` 12% | Վիրաբուժական գործիքներ,քիմիական ռեակտորներ,խոհանոցային սպասք,խողովակներ,թիթեղներ |
| Ցածրածխածնային | 0,2 % C | Մեքենաշինություն,ավտոմեքենային իրան,լար,խողովակ,հողույս(բոլտ), մանեկ(գայկա) |
| Միջինածխածնային | 0,3-0,6 % C | Հեծան, ձողակառույց,զսպանակ |
| Բարձրածխածնային | 0,6-1,5 % C | Գայլիկոն,դանակ,մուրճ,կտրիչ |

* 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
--------------

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.

{\displaystyle Fe\_{2}O\_{3}\rightarrow Fe\_{3}O\_{4}\rightarrow FeO\rightarrow Fe}

Դոմնայի վերևի մասից շերտ-շերտ լցվում են մանրացված հանքաքարը ({\displaystyle Fe\_{2}O\_{3}} կամ {\displaystyle Fe\_{3}O\_{4}}), կոքսը և որպես հալիչ նյութ ծառայող կրաքարը։

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

{\displaystyle C+O\_{2}=CO\_{2}} {\displaystyle \triangle H=-294}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.

{\displaystyle 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՝

{\displaystyle 3Fe\_{2}O\_{3}+CO\rightleftarrows 2Fe\_{3}O\_{4}+CO\_{2}} {\displaystyle 400^{0}C}

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

{\displaystyle Fe\_{3}O\_{4}+CO\rightleftarrows 3FeO+CO\_{2}} {\displaystyle 600^{0}C}

{\displaystyle FeO+CO\rightleftarrows Fe+CO\_{2}} {\displaystyle 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.

{\displaystyle CaCO\_{3}=CaO+CO\_{2}} {\displaystyle 800^{0}C}

{\displaystyle CaO+SiO\_{2}=CaSiO\_{3}} {\displaystyle 800^{0}C}

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

Պողպատի ստացումը
----------------

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.

{\displaystyle 2Fe+O\_{2}=2FeO}

{\displaystyle C+FeO\_{2}=CO+Fe}

{\displaystyle Si+2FeO=SiO\_{2}+2Fe}

{\displaystyle 2P+5FeO=P\_{2}O\_{5}+5Fe}

{\displaystyle Mn+FeO=MnO+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 {\displaystyle 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