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लोहे के रासायनिक और भौतिक गुण। अयस्कों से लोहा प्राप्त करना

आयरन परमाणु संख्या 26 के साथ रासायनिक तत्वों की आवधिक प्रणाली की चौथी अवधि के आठवें समूह के द्वितीयक उपसमूह का एक तत्व है। इसे प्रतीक Fe (लैटिन फेरम) द्वारा नामित किया गया है। पृथ्वी की पपड़ी में सबसे आम धातुओं में से एक (एल्यूमीनियम के बाद दूसरा स्थान)।
सरल पदार्थ लोहा (सीएएस संख्या: 7439-89-6) उच्च रासायनिक प्रतिक्रियाशीलता वाली एक निंदनीय चांदी-सफेद धातु है: लोहा उच्च तापमान या तापमान पर जल्दी से संक्षारित हो जाता है। उच्च आर्द्रताहवा में। शुद्ध ऑक्सीजन में, लोहा जलता है, और सूक्ष्म रूप से बिखरी हुई अवस्था में, यह हवा में स्वतः ही प्रज्वलित हो जाता है।
वास्तव में, लोहे को आमतौर पर अशुद्धियों की कम सामग्री (0.8% तक) के साथ इसके मिश्र धातु कहा जाता है, जो शुद्ध धातु की कोमलता और लचीलापन बनाए रखता है। लेकिन व्यवहार में, कार्बन के साथ लोहे की मिश्रधातुओं का अधिक उपयोग किया जाता है: स्टील (2.14 wt.% कार्बन तक) और कच्चा लोहा (2.14 wt.% कार्बन से अधिक), साथ ही मिश्रधातु के अतिरिक्त स्टेनलेस (मिश्र धातु) स्टील धातुएँ (क्रोमियम, मैंगनीज, निकल, आदि)। लोहे और उसके मिश्रधातुओं के विशिष्ट गुणों का संयोजन इसे मनुष्यों के लिए महत्वपूर्ण "धातु नंबर 1" बनाता है।
प्रकृति में लोहा बहुत ही कम पाया जाता है शुद्ध फ़ॉर्म, अधिकतर यह लौह-निकल उल्कापिंडों की संरचना में होता है। पृथ्वी की पपड़ी में लोहे की व्यापकता 4.65% (O, Si, Al के बाद चौथा स्थान) है। यह भी माना जाता है कि पृथ्वी की कोर का अधिकांश भाग लोहे से बना है।

नाम की उत्पत्ति

स्लाव शब्द "आयरन" की उत्पत्ति के कई संस्करण हैं (बेलारूसी ज़ेलेज़ो, यूक्रेनी ज़ेलेज़ो, पुराना स्लाविक ज़ेलेज़ो, बल्गेरियाई ज़ेलेज़ो, सर्बो-चोर्वियन ज़ेलेज़ो, पोलिश ज़ेलेज़ो, चेक ज़ेलेज़ो, स्लोवेनियाई ज़ेलेज़ो)।
व्युत्पत्तियों में से एक प्रस्लाव को जोड़ती है। *ज़ेलेज़ो ग्रीक शब्द χαλκός से है, जिसका अर्थ लोहा और तांबा होता है, एक अन्य संस्करण के अनुसार *ज़ेलेज़ो सामान्य सेम "पत्थर" के साथ *ज़ेली "कछुआ" और *ग्लेज़ो "रॉक" शब्दों से संबंधित है। तीसरा संस्करण किसी अज्ञात भाषा से प्राचीन उधार लेने का सुझाव देता है।
रोमांस भाषाएँ (इतालवी फेरो, फ्रेंच फेर, स्पेनिश हिएरो, पोर्ट फेरो, रम फिएर) जारी हैं। फेरम. लैटिन फेरम (जर्मनिक भाषाओं ने सेल्टिक से लोहे का नाम (गॉथिक ईसारन, अंग्रेजी आयरन, जर्मन ईसेन, डच इजर, डेनिश जर्न, स्वीडिश जर्न) उधार लिया था।
प्रो-सेल्टिक शब्द *इसार्नो- (> ओई इर्न, ओई ब्रेट। होइर्न) संभवतः प्रोटो-आईई पर वापस जाता है। *h1esh2r-no- अर्थ विकास के साथ "खूनी" "खूनी" > "लाल" > "लोहा"। एक अन्य परिकल्पना के अनुसार, यह शब्द प्रा-अर्थात् पर वापस जाता है। *(H)ish2ro- "मजबूत, पवित्र, अलौकिक शक्ति रखने वाला।"
प्राचीन ग्रीक शब्द σίδηρος को उसी स्रोत से उधार लिया गया होगा जिससे चांदी के लिए स्लाविक, जर्मनिक और बाल्टिक शब्द उधार लिए गए थे।
प्राकृतिक लौह कार्बोनेट (सिडेराइट) का नाम लैट से आया है। सिडेरेस - तारों वाला; वास्तव में, पहला लोहा जो लोगों के हाथ लगा वह उल्कापिंड मूल का था। शायद यह संयोग आकस्मिक नहीं है. विशेष रूप से, लोहे के लिए प्राचीन ग्रीक शब्द साइडरोस (σίδηρος) और लैटिन सिडस जिसका अर्थ है "तारा" की उत्पत्ति एक समान होने की संभावना है।

रसीद

उद्योग में, लोहा लौह अयस्क से प्राप्त होता है, मुख्यतः हेमेटाइट (Fe 2 O 3) और मैग्नेटाइट (FeO·Fe 2 O 3) से।
अस्तित्व विभिन्न तरीकेअयस्कों से लोहे का निष्कर्षण. सबसे आम डोमेन प्रक्रिया है.
उत्पादन का पहला चरण 2000 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर ब्लास्ट फर्नेस में कार्बन के साथ लोहे की कमी है। ब्लास्ट फर्नेस में, कोक के रूप में कार्बन, सिंटर या छर्रों के रूप में लौह अयस्क, और फ्लक्स (जैसे चूना पत्थर) को ऊपर से खिलाया जाता है और नीचे से इंजेक्ट की गई गर्म हवा की धारा से मिलता है।
भट्ठी में, कोक के रूप में कार्बन को कार्बन मोनोऑक्साइड में ऑक्सीकृत किया जाता है। यह ऑक्साइड ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में दहन के दौरान बनता है। बदले में, कार्बन मोनोऑक्साइड अयस्क से लोहे को पुनः प्राप्त करता है। इस प्रतिक्रिया को तेज़ करने के लिए गर्म कार्बन मोनोऑक्साइड को आयरन (III) ऑक्साइड के माध्यम से प्रवाहित किया जाता है। खनन किए जा रहे अयस्क में अवांछित अशुद्धियों (मुख्य रूप से सिलिकेट; उदाहरण के लिए क्वार्ट्ज) से छुटकारा पाने के लिए फ्लक्स मिलाया जाता है। एक विशिष्ट फ्लक्स में चूना पत्थर (कैल्शियम कार्बोनेट) और डोलोमाइट (मैग्नीशियम कार्बोनेट) होते हैं। अन्य फ्लक्स का उपयोग अन्य अशुद्धियों को खत्म करने के लिए किया जाता है।
फ्लक्स (इस मामले में, कैल्शियम कार्बोनेट) का प्रभाव यह है कि जब इसे गर्म किया जाता है, तो यह अपने ऑक्साइड में विघटित हो जाता है। कैल्शियम ऑक्साइड सिलिकॉन डाइऑक्साइड के साथ मिलकर एक स्लैग - कैल्शियम मेटासिलिकेट बनाता है। सिलिकॉन डाइऑक्साइड के विपरीत, स्लैग को भट्टी में पिघलाया जाता है। लोहे से भी हल्का, धातुमल सतह पर तैरता है - यह गुण आपको धातु से धातुमल को अलग करने की अनुमति देता है। इसके बाद स्लैग का उपयोग निर्माण में किया जा सकता है कृषि. ब्लास्ट फर्नेस में प्राप्त पिघले हुए लोहे में काफी मात्रा में कार्बन (कच्चा लोहा) होता है। ऐसे मामलों को छोड़कर, जब कच्चा लोहा सीधे उपयोग किया जाता है, तो इसे आगे की प्रक्रिया की आवश्यकता होती है।
अतिरिक्त कार्बन और अन्य अशुद्धियाँ (सल्फर, फॉस्फोरस) खुली चूल्हा भट्टियों या कन्वर्टर्स में ऑक्सीकरण द्वारा कच्चे लोहे से हटा दी जाती हैं। विद्युत भट्टियों का उपयोग मिश्र धातु इस्पात को गलाने के लिए भी किया जाता है।
ब्लास्ट फर्नेस प्रक्रिया के अलावा, लोहे के सीधे उत्पादन की प्रक्रिया आम है। इस मामले में, छर्रों को बनाने के लिए पहले से कुचले हुए अयस्क को विशेष मिट्टी के साथ मिलाया जाता है। छर्रों को भुना जाता है और शाफ्ट भट्टी में गर्म मीथेन रूपांतरण उत्पादों के साथ इलाज किया जाता है जिसमें हाइड्रोजन होता है। हाइड्रोजन आसानी से लोहे को कम कर देता है, जबकि सल्फर और फास्फोरस जैसी अशुद्धियों के साथ लोहे का कोई संदूषण नहीं होता है, जो लोहे में आम अशुद्धियाँ हैं। कोयला. आयरन किससे प्राप्त होता है? ठोस रूप, और आगे बिजली की भट्टियों में पिघलाया जाता है।
रासायनिक रूप से शुद्ध लोहा इसके लवणों के विलयन के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किया जाता है।

पृथ्वी की पपड़ी का 5% से अधिक भाग लोहा है। लोहे के निष्कर्षण के लिए मुख्य रूप से हेमेटाइट Fe2O3 और मैग्नेटाइट Fe3O4 जैसे अयस्कों का उपयोग किया जाता है। इन अयस्कों में 20 से 70% तक लोहा होता है। इन अयस्कों में सबसे महत्वपूर्ण लौह अशुद्धियाँ रेत (सिलिकॉन (IV) ऑक्साइड SiO2) और एल्यूमिना (एल्यूमीनियम ऑक्साइड Al2O3) हैं।

लौह अयस्क से लोहा प्राप्त करने का कार्य दो चरणों में किया जाता है। इसकी शुरुआत अयस्क की तैयारी - पीसने और गर्म करने से होती है। अयस्क को 10 सेमी से अधिक व्यास वाले टुकड़ों में कुचल दिया जाता है। फिर कुचले हुए अयस्क को पानी और अस्थिर अशुद्धियों को हटाने के लिए कैल्सीन किया जाता है।

दूसरे चरण में लौह अयस्कब्लास्ट फर्नेस में कार्बन मोनोऑक्साइड के साथ लोहे में परिवर्तित (चित्र 2.1), जहां: 1 - लौह अयस्क, चूना पत्थर, कोक, 2 लोडिंग शंकु (शीर्ष), 3 - शीर्ष गैस, 4 - भट्टी चिनाई, 5 - लौह ऑक्साइड कटौती क्षेत्र, 6 - स्लैग निर्माण क्षेत्र, 7 - कोक दहन क्षेत्र, 8 - लांस के माध्यम से गर्म हवा का इंजेक्शन, 9 - पिघला हुआ लोहा, 10 - पिघला हुआ स्लैग।

पुनर्प्राप्ति लगभग 700°C के तापमान पर की जाती है:

Fe2O3 (ठोस) + 3CO (g.) = 2Fe (l.) + 3CO2 (g.)

लोहे की पैदावार बढ़ाने के लिए यह प्रक्रिया कार्बन डाइऑक्साइड CO2 की अधिकता की स्थिति में की जाती है।

कार्बन मोनोऑक्साइड CO, कोक और वायु (2.12) से ब्लास्ट फर्नेस में बनता है। हवा को पहले लगभग 600 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है और एक विशेष पाइप - एक तुयेरे के माध्यम से भट्ठी में डाला जाता है। कोक गर्म संपीड़ित हवा में जलकर कार्बन डाइऑक्साइड बनाता है। यह प्रतिक्रिया ऊष्माक्षेपी होती है और इसके कारण तापमान 1700°C से ऊपर बढ़ जाता है:

C(g) + O2(g) > CO2(g), ?H0m = -406 kJ/mol

भट्टी में कार्बन डाइऑक्साइड ऊपर उठती है और अधिक कोक के साथ प्रतिक्रिया करके कार्बन मोनोऑक्साइड (2.13) बनाती है। यह प्रतिक्रिया एंडोथर्मिक है:

CO2(g) + С(ठोस) > 2CO(g), ?H0m = +173 kJ/mol

अयस्क के अपचयन के दौरान बनने वाला लोहा रेत और एल्यूमिना की अशुद्धियों से दूषित होता है। इन्हें हटाने के लिए भट्ठे में चूना पत्थर मिलाया जाता है। भट्ठे में मौजूद तापमान (800 0C) पर, चूना पत्थर कैल्शियम ऑक्साइड और कार्बन डाइऑक्साइड के निर्माण के साथ थर्मल अपघटन से गुजरता है:

СaCO3(s.) >CaO(s.) + CO2(g.)

कैल्शियम ऑक्साइड अशुद्धियों के साथ मिलकर स्लैग बनाता है। स्लैग में कैल्शियम सिलिकेट और कैल्शियम एल्यूमिनेट होता है:

CaO(ठोस) + SiO2(ठोस) >CaSiO3(l)

CaO(ठोस) +Al2O3(ठोस) >CaAl2O4(l.)

लोहा 1540°C पर पिघलता है। पिघला हुआ लोहा, पिघले हुए धातुमल के साथ मिलकर भट्टी के नीचे तक बहता है। पिघला हुआ धातुमल पिघले हुए लोहे की सतह पर तैरता है। समय-समय पर, इनमें से प्रत्येक परत को भट्टी से उचित स्तर पर छोड़ा जाता है।

ब्लास्ट भट्टी चौबीसों घंटे लगातार चलती रहती है। ब्लास्ट फर्नेस प्रक्रिया के लिए कच्चे माल लौह अयस्क, कोक और चूना पत्थर हैं। इन्हें लगातार भट्ठी में लादा जाता है ऊपरी हिस्सा. भट्टी से दिन में चार बार नियमित अंतराल पर लोहा निकलता है। यह लगभग 1500 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर भट्टी से उग्र धारा में बाहर निकलता है। ब्लास्ट फर्नेस विभिन्न आकार और क्षमता (प्रति दिन 1000-3000 टन) में आते हैं। अमेरिका में, चार आउटलेट और पिघले हुए लोहे के निरंतर निर्वहन के साथ कुछ नई डिजाइन वाली भट्टियां हैं। ऐसी भट्टियों की क्षमता प्रतिदिन 10,000 टन तक होती है।

ब्लास्ट फर्नेस में गलाए गए लोहे को रेत के सांचों में डाला जाता है। ऐसे लोहे को कच्चा लोहा कहा जाता है। कच्चे लोहे में लौह तत्व लगभग 95% होता है। कच्चा लोहा एक कठोर लेकिन भंगुर पदार्थ है जिसका गलनांक लगभग 1200°C होता है।

कच्चा लोहा कच्चा लोहा, स्क्रैप धातु और स्टील के मिश्रण को कोक के साथ मिलाकर प्राप्त किया जाता है। पिघला हुआ लोहा सांचों में डाला जाता है और ठंडा किया जाता है।

पिटवाँ लोहे में अत्यधिक ताकत, लचीलापन और लचीलेपन की क्षमता होती है। हालाँकि, कई अनुप्रयोगों के लिए, इसे माइल्ड स्टील द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है।

इस्पात निर्माण: पिग आयरन को स्टील में बदलने की प्रक्रिया में पिग आयरन से अतिरिक्त कार्बन, सल्फर, फॉस्फोरस, सिलिकॉन, मैंगनीज और अन्य तत्व निकालना शामिल है। अशुद्धियों को हटाने का काम उन्हें ऑक्साइड में परिवर्तित करके किया जाता है, जो या तो अस्थिर हो जाते हैं (सीओ और सीओ2) या स्लैग में चले जाते हैं। कच्चे लोहे का स्टील में प्रसंस्करण तीन तरीकों से किया जाता है: बेसेमर, थॉमस और ओपन-चूल्हा, जिन्हें कच्चा लोहा की संरचना और प्राप्त होने वाले स्टील के ग्रेड के आधार पर चुना जाता है। नीचे विस्तृत विवरण दिया गया है विभिन्न प्रकार केस्टील्स, उनके गुण और अनुप्रयोग।

ओपन-चूल्हा विधि बाद की विधियों से इस मायने में भिन्न है कि इसमें अयस्क, स्केल और स्क्रैप (स्क्रैप धातु) में निहित लौह ऑक्साइड के रूप में ठोस ऑक्सीकरण एजेंटों का उपयोग किया जाता है। खुली चूल्हा प्रक्रिया विशेष भट्टियों में की जाती है, जिन्हें खुली चूल्हा कहा जाता है। ओपन-चूल्हा भट्टियां (चित्रा 2.2), जहां: 1 - आर्च, 2 - भरने वाली खिड़कियां, 3 - पिघला हुआ स्नान, 4 - सिर, 5 - पुनर्योजी, 6 - चेंजओवर वाल्व।

ओपन-चूल्हा भट्टियां लौ भट्टियों के प्रकार से संबंधित हैं - उन्हें गर्म द्रव्यमान की सतह के ऊपर दहनशील गैसों को जलाने से प्राप्त लौ से गर्म किया जाता है। लौह, अयस्क और स्क्रैप को खुले चूल्हे की भट्टी में इस अनुपात में लोड किया जाता है कि लौह ऑक्साइड की ऑक्सीजन एक निश्चित मात्रा में अशुद्धियों को ऑक्सीकरण करने के लिए पर्याप्त हो। फ्लक्स का चयन इस प्रकार किया जाता है कि स्लैग अम्लीय या क्षारीय हो, जो हटाई जा रही अशुद्धियों की प्रकृति पर निर्भर करता है। पिघलने की प्रक्रिया 5-6 घंटे तक चलती है। इस समय के दौरान, पिघले हुए स्टील के नमूने समय-समय पर लिए जाते हैं, इसकी संरचना निर्धारित की जाती है और आवश्यक घटकों को फेरोअलॉय (विभिन्न धातुओं और गैर-धातुओं जैसे निकल, मैंगनीज, टाइटेनियम, मोलिब्डेनम, टंगस्टन, के साथ लौह मिश्र धातु) के रूप में जोड़ा जाता है। क्रोमियम, सिलिकॉन, और अन्य)। पिघलने की लंबी अवधि एक निश्चित संरचना के स्टील का उत्पादन करना संभव बनाती है। वायु का उपयोग, ऑक्सीजन संवर्धन, अधिक प्राप्त करना संभव बनाता है उच्च तापमानऔर पिघलने की प्रक्रिया को तेज करने और इसके समय को 4 घंटे तक कम करने की अनुमति देता है।

ऑक्सीजन-कन्वर्टर प्रक्रिया. हाल के दशकों में, बीओएफ प्रक्रिया (जिसे लिंज़-डोनाविट्ज़ प्रक्रिया के रूप में भी जाना जाता है) के विकास से इस्पात उत्पादन में क्रांति आ गई है। इस प्रक्रिया का उपयोग 1953 में दो ऑस्ट्रियाई धातुकर्म केंद्रों - लिंज़ और डोनाविट्ज़ में स्टीलवर्क्स में किया जाना शुरू हुआ।

ऑक्सीजन-कनवर्टर प्रक्रिया में, एक मुख्य अस्तर (चिनाई) के साथ एक ऑक्सीजन कनवर्टर का उपयोग किया जाता है (चित्रा 2.3), जहां: 1 ऑक्सीजन और सीएओ है, 2 ऑक्सीजन विस्फोट के लिए एक पानी-ठंडा ट्यूब है, 3 स्लैग है। 4-अक्ष, 5-पिघला हुआ स्टील, 6-स्टील बॉडी।

कनवर्टर को स्मेल्टर और स्क्रैप धातु से पिघले हुए लोहे के साथ एक झुकी हुई स्थिति में लोड किया जाता है, फिर वापस कर दिया जाता है ऊर्ध्वाधर स्थिति. उसके बाद, पानी से ठंडी तांबे की ट्यूब को ऊपर से कनवर्टर में डाला जाता है, और इसके माध्यम से पाउडर चूने CaO के मिश्रण के साथ ऑक्सीजन का एक जेट पिघले हुए लोहे की सतह पर निर्देशित किया जाता है। यह "ऑक्सीजन पर्ज", जो 20 मिनट तक चलता है, लोहे की अशुद्धियों के तीव्र ऑक्सीकरण की ओर जाता है, और ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया के दौरान ऊर्जा की रिहाई के कारण कनवर्टर की सामग्री तरल अवस्था में रहती है। परिणामी ऑक्साइड चूने के साथ मिलकर स्लैग में बदल जाते हैं। फिर तांबे की ट्यूब को बाहर खींच लिया जाता है और उसमें से स्लैग को निकालने के लिए कनवर्टर को झुका दिया जाता है। पुन: शुद्ध करने के बाद, पिघले हुए स्टील को कनवर्टर से (झुकी हुई स्थिति में) करछुल में डाला जाता है।

बीओएफ प्रक्रिया का उपयोग मुख्य रूप से कार्बन स्टील्स के उत्पादन के लिए किया जाता है। इसकी विशेषता शानदार प्रदर्शन है। एक कनवर्टर में 40-45 मिनट में 300-350 टन स्टील प्राप्त किया जा सकता है।

वर्तमान में, यूके में सभी स्टील और दुनिया भर में अधिकांश स्टील का उत्पादन इसी प्रक्रिया द्वारा किया जाता है।

भट्ठी अस्तर की सामग्री के आधार पर, कनवर्टर विधि को दो प्रकारों में विभाजित किया गया है: बेसेमर और थॉमस।

बेसेमर विधि कच्चा लोहा संसाधित करती है जिसमें थोड़ा फॉस्फोरस और सल्फर होता है और सिलिकॉन (कम से कम 2%) से भरपूर होता है। जब ऑक्सीजन प्रवाहित होती है, तो सबसे पहले सिलिकॉन महत्वपूर्ण मात्रा में ऊष्मा उत्सर्जित करके ऑक्सीकृत होता है। परिणामस्वरूप, कच्चे लोहे का प्रारंभिक तापमान लगभग 1300°C से तेजी से बढ़कर 1500--1600°C हो जाता है। 1% Si के बर्नआउट से तापमान में 200°C (2.17) की वृद्धि होती है। लगभग 1500°C पर, तीव्र कार्बन बर्नआउट शुरू हो जाता है। इसके साथ-साथ, लोहे का भी तीव्रता से ऑक्सीकरण होता है, विशेष रूप से सिलिकॉन और कार्बन बर्नआउट के अंत में:

Si(s) + O2(g) = SiO2(s)

2C(s) + O2(g) = 2CO(g)
2Fe(ठोस) + O2(g) = 2FeO(ठोस)

परिणामस्वरूप लौह मोनोऑक्साइड, FeO, पिघले हुए कच्चे लोहे में अच्छी तरह से घुल जाता है और आंशिक रूप से स्टील में बदल जाता है, और आंशिक रूप से SiO2 के साथ प्रतिक्रिया करता है और लौह सिलिकेट FeSiO3 के रूप में स्लैग में गुजरता है:

FeO(ठोस) + SiO2(ठोस) = FeSiO3(ठोस)

फॉस्फोरस पूरी तरह से कच्चे लोहे से स्टील में बदल जाता है। इसलिए SiO2 की अधिकता के साथ P2O5 मूल ऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया नहीं कर सकता है, क्योंकि SiO2 बाद वाले ऑक्साइड के साथ अधिक तीव्रता से प्रतिक्रिया करता है। इसलिए, फॉस्फोरस कास्ट आयरन को इस तरह से स्टील में संसाधित नहीं किया जा सकता है।

कनवर्टर में सभी प्रक्रियाएं तेजी से चलती हैं - 10-20 मिनट के भीतर, क्योंकि कच्चा लोहा के माध्यम से प्रवाहित हवा की ऑक्सीजन धातु की पूरी मात्रा में संबंधित पदार्थों के साथ तुरंत प्रतिक्रिया करती है। ऑक्सीजन युक्त हवा के साथ बहने पर प्रक्रियाएं तेज हो जाती हैं। कार्बन बर्नआउट के दौरान बनने वाला कार्बन मोनोऑक्साइड CO, बुलबुले बनाता है, वहीं जलता है, जिससे कनवर्टर की गर्दन के ऊपर हल्की लौ की एक मशाल बनती है, जो कार्बन के जलने के साथ कम हो जाती है, और फिर पूरी तरह से गायब हो जाती है, जो अंत के संकेत के रूप में कार्य करती है। प्रक्रिया। परिणामी स्टील में काफी मात्रा में घुला हुआ आयरन मोनोऑक्साइड FeO होता है, जो स्टील की गुणवत्ता को काफी कम कर देता है। इसलिए, डालने से पहले, स्टील को विभिन्न डीऑक्सीडाइज़र - फेरोसिलिकॉन, फेरोमैंगनीज या एल्यूमीनियम का उपयोग करके डीऑक्सीडाइज़ किया जाना चाहिए:

2FeO(ठोस) + Si(ठोस) = 2Fe(ठोस) + SiO2(ठोस)

FeO(s) + Mn(s) = Fe(s) + MnO(s)

3FeO(ठोस) + 2Al(ठोस) = 3Fe(ठोस) + Al2O3(ठोस)

मैंगनीज मोनोऑक्साइड MnO मूल ऑक्साइड के रूप में SiO2 के साथ प्रतिक्रिया करता है और मैंगनीज सिलिकेट MnSiO3 बनाता है, जो स्लैग में बदल जाता है। इन परिस्थितियों में अघुलनशील पदार्थ के रूप में एल्युमीनियम ऑक्साइड भी ऊपर तैरता है और स्लैग में चला जाता है। अपनी सादगी और उच्च उत्पादकता के बावजूद, बेसेमर विधि अब बहुत आम नहीं है, क्योंकि इसमें कई महत्वपूर्ण कमियां हैं। तो, बेसेमर विधि के लिए कच्चा लोहा अवश्य होना चाहिए सबसे छोटी सामग्रीफॉस्फोरस और सल्फर, जो हमेशा संभव नहीं होता है। इस विधि के साथ, धातु का बहुत बड़ा बर्नआउट होता है, और स्टील की उपज कच्चा लोहा के द्रव्यमान का केवल 90% होती है, और बहुत सारे डीऑक्सीडाइज़र भी खपत होते हैं। एक गंभीर नुकसान विनियमित करने में असमर्थता है रासायनिक संरचनाबनना।

बेसेमर स्टील में आमतौर पर 0.2% से कम कार्बन होता है और इसका उपयोग तार, बोल्ट और छत वाले लोहे के उत्पादन के लिए तकनीकी लोहे के रूप में किया जाता है।

थॉमस विधि कच्चे लोहे की प्रक्रिया करती है बढ़िया सामग्रीफॉस्फोरस (2% या अधिक तक)। इस विधि और बेसेमर विधि के बीच मुख्य अंतर यह है कि कनवर्टर अस्तर मैग्नीशियम और कैल्शियम ऑक्साइड से बना है। इसके अलावा, कच्चे लोहे में 15% तक CaO मिलाया जाता है। परिणामस्वरूप, स्लैग बनाने वाले पदार्थों में मूल गुणों वाले ऑक्साइड की काफी अधिक मात्रा होती है।

इन परिस्थितियों में, फॉस्फेट एनहाइड्राइड P2O5, जो फॉस्फोरस के दहन के दौरान होता है, CaO की अधिकता के साथ संपर्क करके कैल्शियम फॉस्फेट बनाता है और स्लैग में चला जाता है:

4P(s) + 5O2(g) = 2P2O5(s)

P2O5(ठोस) + 3CaO(ठोस) = Ca3(PO4)2(ठोस)

इस विधि में फॉस्फोरस की दहन प्रतिक्रिया ऊष्मा के मुख्य स्रोतों में से एक है। जब 1% फॉस्फोरस जलाया जाता है, तो कनवर्टर का तापमान 150 डिग्री सेल्सियस बढ़ जाता है। सल्फर को कैल्शियम सल्फाइड CaS के रूप में स्लैग में छोड़ा जाता है, जो पिघले हुए स्टील में अघुलनशील होता है, जो प्रतिक्रिया के अनुसार CaO के साथ घुलनशील FeS की परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप बनता है:

FeS(l) + CaO(ठोस) = FeO(l) + CaS(ठोस)

बाद की सभी प्रक्रियाएँ बेसेमर विधि की तरह ही होती हैं। थॉमस विधि के नुकसान बेसेमर विधि के समान ही हैं। थॉमस स्टील भी कम कार्बन वाला है और इसका उपयोग तार, छत वाले लोहे के उत्पादन के लिए तकनीकी लोहे के रूप में किया जाता है।

इलेक्ट्रिक स्टील बनाने की प्रक्रिया. इलेक्ट्रिक भट्टियों का उपयोग मुख्य रूप से स्टील और लोहे के स्क्रैप को स्टेनलेस स्टील जैसे उच्च गुणवत्ता वाले मिश्र धातु स्टील में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। विद्युत भट्ठी दुर्दम्य ईंटों से सुसज्जित एक गोल गहरा टैंक है। भट्ठी को खुले ढक्कन के माध्यम से स्क्रैप धातु से भरा जाता है, फिर ढक्कन बंद कर दिया जाता है और इलेक्ट्रोड को भट्ठी में छेद के माध्यम से तब तक उतारा जाता है जब तक कि वे स्क्रैप धातु के संपर्क में नहीं आ जाते। इसके बाद करंट चालू कर दें। इलेक्ट्रोड के बीच एक चाप दिखाई देता है, जिसमें तापमान 3000 0C से ऊपर बढ़ जाता है। इस तापमान पर धातु पिघलती है और नया इस्पात बनता है। भट्ठी का प्रत्येक भार आपको 25-50 टन स्टील प्राप्त करने की अनुमति देता है।

अतिरिक्त प्रसंस्करण द्वारा इस्पात उत्पादों की गुणवत्ता में सुधार किया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, ताप उपचार, कार्बराइजिंग, एज़ोलाइजिंग, एल्युमिनाइजिंग और विभिन्न जंग रोधी कोटिंग्स का उपयोग किया जाता है।

इस प्रकार, लोहा प्राप्त करने की औद्योगिक विधि मुख्य है और यह प्रयोगशाला की तुलना में कहीं अधिक कुशल है। वहां कई हैं औद्योगिक तरीकेलौह उत्पादन, वे लौह अयस्कों से कच्चा लोहा गलाने, कच्चा लोहा से स्टील गलाने के परिणामस्वरूप लोहे के उत्पादन पर आधारित हैं। लोहा निकालने की औद्योगिक विधियों का लगातार आधुनिकीकरण किया जा रहा है और एक विधि को एक नई विधि से प्रतिस्थापित किया जा रहा है।

इस पर आधारित लोहा और इस्पात का उपयोग हर जगह उद्योग और रोजमर्रा की जिंदगी में किया जाता है। हालाँकि, कम ही लोग जानते हैं कि लोहा किस चीज से बनता है, या यूं कहें कि इसका खनन कैसे किया जाता है और इसे स्टील मिश्र धातु में कैसे परिवर्तित किया जाता है।

खुदाई

रूस और दुनिया में कई खदानें हैं जहां लौह अयस्क का खनन किया जाता है। ये विशाल और भारी पत्थर हैं जिन्हें खदान से बाहर निकालना काफी मुश्किल है, क्योंकि ये एक बड़े हिस्से का हिस्सा हैं चट्टान. सीधे खदानों में विस्फोटकों को चट्टान में रखकर उड़ा दिया जाता है, जिसके बाद पत्थरों के बड़े-बड़े टुकड़े बिखर जाते हैं अलग-अलग पक्ष. फिर उन्हें एकत्र किया जाता है, बड़े डंप ट्रकों (जैसे बेलाज़) पर लाद दिया जाता है और एक प्रसंस्करण संयंत्र में ले जाया जाता है। इस चट्टान से लोहे का खनन किया जाएगा।

कभी-कभी, यदि अयस्क सतह पर है, तो उसे कमजोर करना बिल्कुल भी आवश्यक नहीं है। इसे किसी अन्य तरीके से टुकड़ों में विभाजित करना, डंप ट्रक पर लोड करना और ले जाना पर्याप्त है।

उत्पादन

तो, अब हम समझते हैं कि लोहा किस चीज से बना होता है। चट्टान इसके निष्कर्षण के लिए कच्चा माल है। उसे ले जाया जाता है प्रसंस्करण संयंत्र, एक ब्लास्ट फर्नेस में लोड किया गया और 1400-1500 डिग्री के तापमान तक गर्म किया गया। यह तापमान एक निश्चित समय तक बनाए रखना चाहिए। चट्टान में मौजूद लोहा पिघलकर तरल रूप धारण कर लेता है। फिर इसे विशेष रूपों में डालना बाकी है। परिणामस्वरूप स्लैग अलग हो जाते हैं, और लोहा स्वयं शुद्ध हो जाता है। फिर ढेर को बंकर के कटोरे में डाला जाता है, जहां इसे हवा की धारा से उड़ाया जाता है और पानी से ठंडा किया जाता है।

लोहा प्राप्त करने का एक और तरीका है: चट्टान को कुचल दिया जाता है और एक विशेष चुंबकीय विभाजक में डाला जाता है। चूँकि लोहे में चुम्बकित होने की क्षमता होती है, खनिज विभाजक पर रह जाते हैं, और सब कुछ धुल जाता है। बेशक, लोहे को धातु में बदलने और इसे ठोस रूप देने के लिए, इसे एक अन्य घटक - कार्बन के साथ मिश्रित किया जाना चाहिए। संरचना में इसका हिस्सा बहुत छोटा है, लेकिन इसके लिए धन्यवाद धातु उच्च शक्ति बन जाती है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि संरचना में जोड़े गए कार्बन की मात्रा के आधार पर, स्टील को अलग-अलग तरीके से प्राप्त किया जा सकता है। विशेषकर, यह कम या ज्यादा नरम हो सकता है। उदाहरण के लिए, विशेष इंजीनियरिंग स्टील है, जिसके निर्माण में लोहे में केवल 0.75% कार्बन और मैंगनीज मिलाया जाता है।

अब आप जान गए हैं कि लोहा किससे बनता है और इसे स्टील में कैसे बदला जाता है। बेशक, विधियों का वर्णन बहुत सतही रूप से किया गया है, लेकिन वे सार को व्यक्त करते हैं। यह याद रखना चाहिए कि लोहा चट्टान से बनता है, जिससे स्टील प्राप्त किया जा सकता है।

निर्माताओं

आज तक, में विभिन्न देशवहाँ है बड़ी जमा राशिलौह अयस्क, जो विश्व इस्पात भंडार के उत्पादन का आधार हैं। विशेष रूप से, रूस और ब्राज़ील दुनिया का 18% हिस्सा हैं, ऑस्ट्रेलिया - 14%, यूक्रेन - 11%। सबसे अधिक द्वारा प्रमुख निर्यातकभारत, ब्राज़ील, ऑस्ट्रेलिया है। ध्यान दें कि धातु की कीमतें लगातार बदल रही हैं। इस प्रकार, 2011 में एक टन धातु की कीमत 180 अमेरिकी डॉलर थी, और 2016 तक कीमत 35 अमेरिकी डॉलर प्रति टन तय की गई थी।

निष्कर्ष

अब आप जानते हैं कि लोहा क्या होता है (यह कहां उपलब्ध है और इसका उत्पादन कैसे होता है। इस सामग्री का उपयोग दुनिया भर में व्यापक है, और इसके महत्व को कम करके आंका नहीं जा सकता है, क्योंकि इसका उपयोग औद्योगिक और घरेलू क्षेत्रों में किया जाता है। इसके अलावा, की अर्थव्यवस्था कुछ देशों का निर्माण धातु निर्माण और उसके बाद के निर्यात के आधार पर किया जाता है।

हमने जांच की कि मिश्र धातु में क्या शामिल है। इसकी संरचना में लोहा कार्बन के साथ मिश्रित होता है, और ऐसा मिश्रण अधिकांश ज्ञात धातुओं के निर्माण का आधार है।

वैक्यूम पिघलना

पाइरोमेटालर्जिकल विधि द्वारा प्राप्त तकनीकी लोहे (आर्मको प्रकार) के औद्योगिक ग्रेड 99.75-99.85% Fe की शुद्धता के अनुरूप हैं। उच्च निर्वात में लोहे को पिघलाकर या शुष्क हाइड्रोजन के वातावरण में एनीलिंग करके अस्थिर धातु के साथ-साथ गैर-धातु अशुद्धियों (सी, ओ, एस, पी, एन) को हटाना संभव है। निर्वात में लोहे के प्रेरण पिघलने के दौरान, धातु से वाष्पशील अशुद्धियाँ हटा दी जाती हैं, जिसकी वाष्पीकरण दर आर्सेनिक से लेड तक निम्नलिखित क्रम में बढ़ जाती है:

As→S→Sn→Sb→Cu→Mn→Ag→Pb.

10v-3 मिमी Hg के निर्वात में पिघलने के एक घंटे बाद। कला। 1580 डिग्री सेल्सियस पर लोहे से सुरमा, तांबा, मैंगनीज, चांदी और सीसा की अधिकांश अशुद्धियाँ दूर हो गईं। क्रोमियम, आर्सेनिक, सल्फर और फास्फोरस की अशुद्धियाँ बदतर रूप से हटा दी जाती हैं, और टंगस्टन, निकल और कोबाल्ट की अशुद्धियाँ व्यावहारिक रूप से नहीं हटाई जाती हैं।
1600 डिग्री सेल्सियस पर, तांबे का वाष्प दबाव लोहे की तुलना में 10 गुना अधिक है; जब लोहे को निर्वात (10v-3 मिमी Hg) में पिघलाया जाता है, तो तांबे की मात्रा घटकर 1 * 10v-3% हो जाती है, और मैंगनीज एक घंटे में 80% कम हो जाता है। बिस्मथ, एल्यूमीनियम, टिन और अन्य अस्थिर अशुद्धियों की अशुद्धियों की सामग्री काफी कम हो गई है; साथ ही, तापमान में वृद्धि पिघलने की अवधि में वृद्धि की तुलना में अशुद्धियों की सामग्री में कमी को अधिक प्रभावी ढंग से प्रभावित करती है।
ऑक्सीजन समावेशन की उपस्थिति में, टंगस्टन, मोलिब्डेनम, टाइटेनियम, फॉस्फोरस और कार्बन के वाष्पशील ऑक्साइड बन सकते हैं, जिससे इन अशुद्धियों की सांद्रता में कमी आती है। सिलिकॉन और कार्बन की उपस्थिति में सल्फर से लोहे का शुद्धिकरण काफी बढ़ जाता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, कच्चा लोहा में 4.5% C और 0.25% S की सामग्री के साथ, धातु को वैक्यूम में पिघलाने के बाद, सल्फर सामग्री 7 * 10v-3% तक गिर जाती है।
लोहे को गलाने के दौरान गैस की अशुद्धियों की मात्रा लगभग 30-80% कम हो जाती है। पिघले हुए लोहे में नाइट्रोजन और हाइड्रोजन की मात्रा अवशिष्ट गैसों के दबाव से निर्धारित होती है। मैं मोटा वायु - दाबलोहे में नाइट्रोजन की घुलनशीलता ~ 0.4% है, फिर 1600 डिग्री सेल्सियस पर और 1 * 10v-3 मिमी एचजी का अवशिष्ट दबाव। कला। यह 4*10v-5% है, और हाइड्रोजन के लिए 3*10v-6% है। पिघले हुए लोहे से नाइट्रोजन और हाइड्रोजन का निष्कासन मुख्य रूप से पिघलने के पहले घंटे के भीतर समाप्त हो जाता है; जबकि शेष गैसों की मात्रा 10V-3 मिमी Hg के दबाव पर उनकी संतुलन सामग्री से लगभग दो ऑर्डर अधिक है। कला। ऑक्साइड के रूप में मौजूद ऑक्सीजन सामग्री में कमी कम करने वाले एजेंटों - कार्बन, हाइड्रोजन और कुछ धातुओं के साथ ऑक्साइड की बातचीत के परिणामस्वरूप हो सकती है।

गर्म सतह पर संघनन के साथ निर्वात आसवन द्वारा लोहे का शुद्धिकरण

1952 में अमोनेंको और सह-लेखकों ने गर्म सतह पर संघनन के साथ लोहे के वैक्यूम आसवन की विधि लागू की।
सभी वाष्पशील अशुद्धियाँ कंडेनसर के ठंडे क्षेत्र में संघनित हो जाती हैं, और लोहा, जिसका वाष्प दबाव कम होता है, उच्च तापमान वाले क्षेत्र में रहता है।
पिघलने के लिए 3 लीटर तक की क्षमता वाले एल्यूमीनियम ऑक्साइड और बेरिलियम से बने क्रूसिबल का उपयोग किया गया था। वाष्प आर्मको आयरन की पतली चादरों पर संघनित होते हैं, क्योंकि सिरेमिक पर संघनन के दौरान, संघनन तापमान पर लोहा संधारित्र सामग्री के साथ सिंटर हो जाता है और कंडेनसेट हटा दिए जाने पर नष्ट हो जाता है।
इष्टतम आसवन व्यवस्था इस प्रकार थी: वाष्पीकरण तापमान 1580°C, संघनन तापमान 1300 (कंडेनसर के नीचे) से 1100°C (ऊपर)। लौह वाष्पीकरण दर 1 ग्राम/सेमी2*घंटा; शुद्ध धातु की उपज घनीभूत की कुल मात्रा का ~ 80% और भार के द्रव्यमान का 60% से अधिक है। लोहे के दोहरे आसवन के बाद, अशुद्धियों की सामग्री में काफी कमी आई: मैंगनीज, मैग्नीशियम, तांबा और सीसा, नाइट्रोजन और ऑक्सीजन। जब लोहे को एलंडम क्रूसिबल में पिघलाया गया, तो यह एल्यूमीनियम से दूषित हो गया। पहले आसवन के बाद कार्बन सामग्री घटकर 3*10v-3% हो गई और बाद के आसवन के दौरान कम नहीं हुई।
1200°C के संघनन तापमान पर सुई के आकार के लोहे के क्रिस्टल बने। ऐसे क्रिस्टल का अवशिष्ट प्रतिरोध, जिसे Rt/R0°C के अनुपात के रूप में व्यक्त किया जाता है, 77°K पर 7.34*10V-2 और 4.2°K पर 4.37*10V-3 था। यह मान लोहे की शुद्धता 99.996% से मेल खाता है।

लोहे का इलेक्ट्रोलाइटिक शोधन

लोहे का इलेक्ट्रोलाइटिक शोधन क्लोराइड और सल्फेट इलेक्ट्रोलाइट्स में किया जा सकता है।
एक विधि के अनुसार, लोहे को निम्नलिखित संरचना के इलेक्ट्रोलाइट से अवक्षेपित किया गया था: 45-60 ग्राम/लीटर Fe2+ (FeCl2 के रूप में), 5-10 ग्राम/लीटर BaCl2, और 15 ग्राम/लीटर NaHCO3। आर्मको आयरन की प्लेटें एनोड के रूप में कार्य करती हैं, और शुद्ध एल्यूमीनियम कैथोड के रूप में कार्य करती हैं। 0.1 ए/डीएम2 के कैथोड वर्तमान घनत्व और कमरे के तापमान पर, एक मोटे दाने वाला अवक्षेप प्राप्त हुआ जिसमें लगभग 1*10-2% कार्बन, फॉस्फोरस के "निशान" और मिश्रण से मुक्त सल्फर शामिल था। हालाँकि, धातु में ऑक्सीजन की एक महत्वपूर्ण मात्रा (1-2*10v-1%) थी।
सल्फेट इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करते समय, लोहे में सल्फर की मात्रा 15 * 10v-3-5 * 10v-2% तक पहुँच जाती है। ऑक्सीजन को हटाने के लिए लोहे को हाइड्रोजन से उपचारित किया जाता था या धातु को कार्बन की उपस्थिति में निर्वात में पिघलाया जाता था। इस मामले में, ऑक्सीजन सामग्री 2*10v-3% तक कम हो गई थी। ऑक्सीजन सामग्री (3 * 10v-3%) के संदर्भ में समान परिणाम 900-1400 डिग्री सेल्सियस पर शुष्क हाइड्रोजन की धारा में लोहे को एनीलिंग करके प्राप्त किए जाते हैं। टिन, सुरमा और के एडिटिव्स का उपयोग करके उच्च वैक्यूम में धातु डीसल्फराइजेशन किया जाता है। बिस्मथ, जो अस्थिर सल्फाइड बनाता है।

शुद्ध लोहे का इलेक्ट्रोलाइटिक उत्पादन

अत्यधिक शुद्ध लोहे (30-60 पीपीएम अशुद्धियाँ) के इलेक्ट्रोलाइटिक उत्पादन के लिए एक विधि एक घोल (6-एन एचसीएल) से ईथर के साथ फेरिक क्लोराइड को निकालना है और फिर बहुत शुद्ध लोहे के साथ फेरिक क्लोराइड को फेरिक क्लोराइड में कम करना है।
सल्फ्यूरस अभिकर्मक और ईथर के साथ उपचार द्वारा तांबे से लौह क्लोराइड के अतिरिक्त शुद्धिकरण के बाद, फेरिक क्लोराइड का एक शुद्ध समाधान प्राप्त होता है, जिसे इलेक्ट्रोलिसिस के अधीन किया जाता है। प्राप्त अत्यंत शुद्ध लौह अवक्षेप को ऑक्सीजन और कार्बन को हटाने के लिए हाइड्रोजन में मिलाया जाता है। कॉम्पैक्ट लोहा पाउडर धातु विज्ञान द्वारा प्राप्त किया जाता है - सलाखों में दबाकर और हाइड्रोजन वातावरण में सिंटरिंग द्वारा।

कार्बोनिल लौह शोधन विधि

शुद्ध लोहा 200-300 डिग्री सेल्सियस पर लोहे के पेंटाकार्बोनिल Fe (CO) 5 के अपघटन से प्राप्त होता है। कार्बोनिल लोहे में आमतौर पर लोहे से जुड़ी अशुद्धियाँ नहीं होती हैं (S, P, Cu, Mn, Ni, Co, Cr, Mo, Zn और सी). हालाँकि, इसमें ऑक्सीजन और कार्बन होता है। कार्बन सामग्री 1% तक पहुंच जाती है, लेकिन लौह कार्बोनिल वाष्प में थोड़ी मात्रा में अमोनिया जोड़कर या लौह पाउडर को हाइड्रोजन के साथ उपचारित करके इसे 3 * 10v-2% तक कम किया जा सकता है। बाद के मामले में, कार्बन सामग्री 1 * 10v-2% तक कम हो जाती है, और ऑक्सीजन अशुद्धियाँ - "निशान" तक कम हो जाती हैं।
कार्बोनिल आयरन में 20,000 Oe की उच्च चुंबकीय पारगम्यता और कम हिस्टैरिसीस (6,000) होती है। इसका उपयोग कई विद्युत भागों के निर्माण के लिए किया जाता है। सिंटर्ड कार्बोनिल आयरन इतना लचीला होता है कि इसे गहराई तक खींचा जा सकता है। लौह कार्बोनिल वाष्प के थर्मल अपघटन द्वारा, पेंटाकार्बोनिल वाष्प के अपघटन बिंदु से ऊपर के तापमान तक गर्म की गई विभिन्न सतहों पर लोहे की कोटिंग प्राप्त की जाती है।

ज़ोन पुनर्क्रिस्टलीकरण द्वारा लोहे का शुद्धिकरण

लोहे को शुद्ध करने के लिए जोन मेल्टिंग के प्रयोग से अच्छे परिणाम मिले। लोहे के ज़ोन शोधन के साथ, निम्नलिखित अशुद्धियों की सामग्री कम हो जाती है: एल्यूमीनियम, तांबा, कोबाल्ट, टाइटेनियम, कैल्शियम, सिलिकॉन, मैग्नीशियम, आदि।
0.3% C युक्त लोहे को फ्लोटिंग ज़ोन विधि द्वारा शुद्ध किया गया था। क्षेत्र के आठ दर्रों में वैक्यूम पिघलने के बाद 0.425 मिमी/मिनट की गति से, कार्बाइड समावेशन से मुक्त एक लौह माइक्रोस्ट्रक्चर प्राप्त किया गया था। क्षेत्र के छह दर्रों में फॉस्फोरस की मात्रा 30 गुना कम हो गई।
ज़ोन पिघलने के बाद सिल्लियों में हीलियम तापमान पर भी उच्च तन्यता लचीलापन था। जैसे-जैसे लोहे की शुद्धता बढ़ती गई, ऑक्सीजन की मात्रा कम होती गई। मल्टीपल जोन रिफाइनिंग के साथ, ऑक्सीजन सामग्री 6 पीपीएम थी।
कार्य के आंकड़ों के अनुसार, शुद्ध आर्गन के वातावरण में इलेक्ट्रोलाइटिक लोहे का ज़ोन पिघलने का कार्य किया गया। यह धातु कैल्शियम ऑक्साइड से बनी नाव में थी। ज़ोन 6 मिमी/घंटा की गति से आगे बढ़ा। ज़ोन के नौ दौरों के बाद, पिंड की शुरुआत में ऑक्सीजन सामग्री 4*10w-3% से गिरकर 3*10w-4% हो गई; सल्फर - 15 * 10w-4 से 5 * 10w-4% तक, और फास्फोरस - 1-2 * 10w-4 से 5 * 10w-6% तक। ज़ोन के पिघलने के परिणामस्वरूप लोहे की कैथोडिक हाइड्रोजन को अवशोषित करने की क्षमता (10-40)*10v-4% से घटकर (3-5)*10v-4% हो गई।
ज़ोन-परिष्कृत कार्बोनिल लोहे से बनी छड़ों में बेहद कम आक्रामक बल था। 0.3 मिमी/मिनट की गति से ज़ोन के एक पास के बाद, छड़ों में बलपूर्वक बल का न्यूनतम मूल्य 19 मी था और पांच पास के बाद 16 मी था।
लोहे के ज़ोन पिघलने की प्रक्रिया में कार्बन, फॉस्फोरस, सल्फर और ऑक्सीजन अशुद्धियों के व्यवहार का अध्ययन किया गया। ये प्रयोग 300 मिमी लंबे पिंड पर एक प्रारंभ करनेवाला द्वारा गर्म की गई एक क्षैतिज भट्टी में आर्गन वातावरण में किए गए थे। संतुलन कार्बन वितरण गुणांक का प्रायोगिक मान 0.29 था; फास्फोरस 0.18; सल्फर 0.05 और ऑक्सीजन 0.022।
इन अशुद्धियों का प्रसार गुणांक कार्बन के लिए 6 * 10v-4 सेमी21 सेकंड, फॉस्फोरस के लिए 1 * 10v4 सेमी2/सेकंड, सल्फर के लिए 1 * 10v-4 सेमी2/सेकंड और 3 * 10v-4 सेमी2) सेकंड के बराबर निर्धारित किया गया था। ऑक्सीजन के लिए, प्रसार परत की मोटाई क्रमशः 0.3 थी; 0.11; 0.12 और 0.12 सेमी.

पृथ्वी की पपड़ी का 5% से अधिक भाग लोहा है। हेमेटाइट और मैग्नेटाइट जैसे अयस्कों का उपयोग मुख्य रूप से लोहा निकालने के लिए किया जाता है। इन अयस्कों में 20 से 70% तक लोहा होता है। इन अयस्कों में सबसे महत्वपूर्ण लौह अशुद्धियाँ रेत और एल्यूमिना (एल्यूमिना) हैं।

पृथ्वी का कोर

अप्रत्यक्ष आंकड़ों के आधार पर, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि पृथ्वी का कोर मुख्य रूप से लोहे का मिश्र धातु है। इसकी त्रिज्या लगभग 3470 किमी है, जबकि पृथ्वी की त्रिज्या 6370 किमी है। पृथ्वी का आंतरिक कोर ठोस अवस्था में प्रतीत होता है और इसकी त्रिज्या लगभग 1200 किमी है। यह एक तरल बाहरी कोर से घिरा हुआ है। कोर के इस हिस्से में तरल पदार्थ का अशांत प्रवाह पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र का निर्माण करता है। कोर के अंदर दबाव 1.3 से 3.5 मिलियन वायुमंडल तक है, और तापमान सीमा में है

हालाँकि यह स्थापित हो चुका है कि पृथ्वी का कोर है अधिकाँश समय के लिएलोहे से, इसकी सटीक संरचना अज्ञात है। ऐसे सुझाव हैं कि पृथ्वी के कोर के द्रव्यमान का 8 से 10% निकल, सल्फर (आयरन सल्फाइड के रूप में), ऑक्सीजन (आयरन ऑक्साइड के रूप में) और सिलिकॉन (लोहे के रूप में) जैसे तत्वों पर पड़ता है। सिलिसाइड)।

दुनिया के कम से कम 12 देशों में लौह अयस्क के सिद्ध भंडार हैं, जो एक अरब टन से अधिक हैं। इन देशों में ऑस्ट्रेलिया, कनाडा, अमेरिका, दक्षिण अफ्रीका, भारत, यूएसएसआर और फ्रांस शामिल हैं। स्टील उत्पादन का विश्व स्तर अब 700 मिलियन टन तक पहुँच गया है। स्टील के मुख्य उत्पादक यूएसएसआर, यूएसए और जापान हैं, इनमें से प्रत्येक देश में प्रति वर्ष 100 मिलियन टन से अधिक स्टील गलाया जाता है। ब्रिटेन में इस्पात उत्पादन का स्तर 20 मिलियन टन प्रति वर्ष है।

लौह उत्पादन

दूसरे चरण में, लौह अयस्क को ब्लास्ट फर्नेस में कार्बन मोनोऑक्साइड का उपयोग करके लोहे में बदल दिया जाता है (चित्र 14.12)। पुनर्प्राप्ति लगभग 700°C के तापमान पर की जाती है:

लोहे की पैदावार बढ़ाने के लिए यह प्रक्रिया अतिरिक्त कार्बन डाइऑक्साइड की स्थिति में की जाती है।

कार्बन मोनोऑक्साइड CO, कोक और वायु से ब्लास्ट फर्नेस में बनता है। हवा को पहले लगभग 600 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है और एक विशेष पाइप - एक तुयेरे के माध्यम से भट्ठी में डाला जाता है। कोक गर्म संपीड़ित हवा में जलकर कार्बन डाइऑक्साइड बनाता है। यह प्रतिक्रिया ऊष्माक्षेपी होती है और इसके कारण तापमान 1700°C से ऊपर बढ़ जाता है:

कार्बन डाइऑक्साइड भट्ठी में ऊपर उठती है और अधिक कोक के साथ प्रतिक्रिया करके कार्बन मोनोऑक्साइड बनाती है। यह प्रतिक्रिया एंडोथर्मिक है:

चावल। 14.12. ब्लास्ट फर्नेस, 1 - लौह अयस्क, चूना पत्थर, कोक, 2 लोडिंग शंकु (शीर्ष), 3 - शीर्ष गैस, 4 - भट्टी चिनाई, 5 - लौह ऑक्साइड कटौती क्षेत्र, 6 - स्लैग गठन क्षेत्र, 7 - कोक दहन क्षेत्र, 8 - तुयेरेस के माध्यम से गर्म हवा का इंजेक्शन, 9 - पिघला हुआ लोहा, 10 - पिघला हुआ धातुमल।

अयस्क के अपचयन के दौरान बनने वाला लोहा रेत और एल्यूमिना अशुद्धियों से दूषित होता है (ऊपर देखें)। इन्हें हटाने के लिए भट्ठे में चूना पत्थर मिलाया जाता है। भट्ठे में मौजूद तापमान पर, चूना पत्थर कैल्शियम ऑक्साइड और कार्बन डाइऑक्साइड के निर्माण के साथ थर्मल अपघटन से गुजरता है:

लोहा 1540°C पर पिघलता है (तालिका 14.2 देखें)। पिघला हुआ लोहा, पिघले हुए धातुमल के साथ मिलकर भट्टी के नीचे तक बहता है। पिघला हुआ धातुमल पिघले हुए लोहे की सतह पर तैरता है। समय-समय पर, इनमें से प्रत्येक परत को भट्टी से उचित स्तर पर छोड़ा जाता है।

ब्लास्ट भट्टी चौबीसों घंटे लगातार चलती रहती है। ब्लास्ट फर्नेस प्रक्रिया के लिए कच्चे माल लौह अयस्क, कोक और चूना पत्थर हैं। उन्हें लगातार ऊपर से ओवन में लोड किया जाता है। भट्टी से दिन में चार बार नियमित अंतराल पर लोहा निकलता है। यह लगभग 1500 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर भट्टी से उग्र धारा में बाहर निकलता है। ब्लास्ट फर्नेस विभिन्न आकार और क्षमता (प्रति दिन 1000-3000 टन) में आते हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका में कुछ नए डिजाइन वाले ओवन हैं

चार आउटलेट और पिघले हुए लोहे का निरंतर निर्वहन। ऐसी भट्टियों की क्षमता प्रतिदिन 10,000 टन तक होती है।

गढ़ा हुआ लोहा तकनीकी लोहे का सबसे शुद्ध रूप है। इसे स्मेल्टर में कच्चे लोहे को हेमेटाइट और चूना पत्थर के साथ गर्म करके प्राप्त किया जाता है। इससे लोहे की शुद्धता लगभग 99.5% तक बढ़ जाती है। इसका गलनांक 1400°C तक बढ़ जाता है। पिटवाँ लोहे में अत्यधिक ताकत, लचीलापन और लचीलेपन की क्षमता होती है। हालाँकि, कई अनुप्रयोगों के लिए इसे माइल्ड स्टील द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है (नीचे देखें)।

इस्पात उत्पादन

स्टील्स को दो प्रकारों में विभाजित किया गया है। कार्बन स्टील्स में 1.5% तक कार्बन होता है। मिश्र धातु इस्पात में न केवल थोड़ी मात्रा में कार्बन होता है, बल्कि अन्य धातुओं की विशेष रूप से डाली गई अशुद्धियाँ (एडिटिव्स) भी होती हैं। निम्नलिखित विभिन्न प्रकार के स्टील्स, उनके गुणों और अनुप्रयोगों का विवरण देता है।

बीओएफ प्रक्रिया मुख्य अस्तर (चिनाई) के साथ एक बीओएफ का उपयोग करती है (चित्र 14.13)। कनवर्टर को झुकी हुई स्थिति में लोड किया जाता है

चावल। 14.13. इस्पात निर्माण के लिए कनवर्टर, 1 - ऑक्सीजन और 2 - ऑक्सीजन विस्फोट के लिए जल-ठंडा ट्यूब, 3 - स्लैग। 4-अक्ष, 5-पिघला हुआ स्टील, 6-स्टील बॉडी।

पिघलने वाली भट्ठी और स्क्रैप धातु से पिघला हुआ लोहा, फिर ऊर्ध्वाधर स्थिति में लौट आया। उसके बाद, एक पानी से ठंडा तांबे की ट्यूब को ऊपर से कनवर्टर में डाला जाता है, और पाउडर चूने के मिश्रण के साथ ऑक्सीजन का एक जेट इसके माध्यम से पिघले हुए लोहे की सतह पर निर्देशित किया जाता है। यह "ऑक्सीजन पर्ज", जो 20 मिनट तक चलता है, लोहे की अशुद्धियों के तीव्र ऑक्सीकरण की ओर जाता है, और ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया के दौरान ऊर्जा की रिहाई के कारण कनवर्टर की सामग्री तरल अवस्था में रहती है। परिणामी ऑक्साइड चूने के साथ मिलकर स्लैग में बदल जाते हैं। फिर तांबे की ट्यूब को बाहर खींच लिया जाता है और उसमें से स्लैग को निकालने के लिए कनवर्टर को झुका दिया जाता है। पुन: शुद्ध करने के बाद, पिघले हुए स्टील को कनवर्टर से (झुकी हुई स्थिति में) करछुल में डाला जाता है।

इलेक्ट्रिक स्टील बनाने की प्रक्रिया. इलेक्ट्रिक भट्टियों का उपयोग मुख्य रूप से स्टील और लोहे के स्क्रैप को स्टेनलेस स्टील जैसे उच्च गुणवत्ता वाले मिश्र धातु स्टील में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। विद्युत भट्ठी दुर्दम्य ईंटों से सुसज्जित एक गोल गहरा टैंक है। भट्ठी को खुले ढक्कन के माध्यम से स्क्रैप धातु से भरा जाता है, फिर ढक्कन बंद कर दिया जाता है और इलेक्ट्रोड को भट्ठी में छेद के माध्यम से तब तक उतारा जाता है जब तक कि वे स्क्रैप धातु के संपर्क में नहीं आ जाते। इसके बाद करंट चालू कर दें। इलेक्ट्रोड के बीच एक चाप उत्पन्न होता है, जिसमें 3000'C से ऊपर का तापमान विकसित होता है। इस तापमान पर धातु पिघलती है और नया स्टील बनता है। प्रत्येक भट्टी भार से 25-50 टन स्टील प्राप्त करना संभव हो जाता है।

28.09.2019

मनोविज्ञान

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