Болат пен шойынды балқыту

Шойын, болат және темірдің, былайша айтқанда қара металлдардың өндірісін қара металлургия дейді. Халық шаруашылығын өркендету жоспарларының қай уақыттағысын қарасақ та, ондағы алдыңғы орынның бірін, жетекші рольді қара металлургия алып келеді. Халық шаруашылығы салаларының қайсысын алсақ та оның өсуінің бір жағы металдар өндірісіне, оның ішінде қара металдарға тіреледі.Қара металдардың негізі темір. Бүкіл өндірілетін металдармен салыстырғанда бір темірдің өзі 20есе артық өндіріледі. Темір ғарыштан түскен метеориттерде ғана таза күйінде болады. Жер ядросы темірден тұрады деген жорамал бар. Жер қыртысын түзетін элементтер ішінде, көптігі жағынан темір елеулі орын алады, ол металдар ішінде, алюминийден кейінгі ең көп тараған металл. Жер қыртысындағы темір – оксид, сульфид, карбонат және силикат түрінде болады.Темір жер қыртысында таралуы бойынша (алюминийден кейін) екінші металл. Басұа металдардың ішінде оның тұтынылу үлесі 95% - ті құрайды.Темірді алу процесі – құрамында едәуір мөлшерде көміртек бар шойынды балқыту сатысынан басталады (көміртек кенді балқытуға қолданылатын кокс немесе ағаш көмірінен келіп түседі). Шойын қаттылығымен ерекшеленеді, бірақ ол морт. Одан көміртекті толығымен бөліп алуға болады. Бұл операция нәтижесінде түзілген (пісірілген) темір өңдеуге ыңғайлы келеді, бірақ салыстырмалы түрде жұмсақ материал. Оған қайтадан аздаған мөлшерде көміртек енгізеді де, тұтқырлығы мен қаттылығы жеткілікті болат алады.Темір кендерінде мынадай минералдар түрінде болады: магнетит Fe3O4 –магниттік қасиеті бар, ең бай кендерінде 73% Fe болады. Оларда ( Магнитная, Высокая, Благодать деген таулар), және Қазақстанда (Қостанай облысы, Соколов-Сарыбай) бар. Қызыл темір тас Кривой Рогта (50-70% Fe) өндіріледі. Қоңыр темір тас 2Fe2O3.H2O (Халилово, Керч, Бакальск кендері). Шпаттық темір таста (FeCO3) 47% Fe болады.Қазақстанда бұрын қара металдар өндірілмейтін, 1960 жылдарда нағыз «үлкен қара металлургия» басталды. Темір кендерінің анықталған қоры жағынан Қазақстан Орал мен Украинада басым, сонымен қатар ол кендер Қостанай және Қазағанды облыстарында, көмір бассейндеріне жақын орналасқан металлургия заводы іске қосылды.ШойынТемір кендері негізінен оксид болғандықтан оларды көмірмен тотықсыздандырады. Бірақ, балқыған темір өз ішінде көмірді ерітеді, міне, сондықтан тотықсызданған темір таза түрде емес, ішінде еріген, 1,7- 5% көміртек және басқа қоспалары бар құйма түрінде шығады, ол құйма шойын деп аталады. Шойында көміртектен басқа күкірт, кремний, фосфор, марганец т.б. элементтер болады.Шойынды домна пештерінде алады.Домна пешінің биіктігі 25-30 м, ішкі диаметрі – 6м, іші отқа берік кірпіштермен қаланған, жармасы 1-суретте көрсетілген. Суретте оның негізгі бөлімдерінің аттары, атқаратын қызметі келтірілген.Домнада болатын процеске шикізат ретінде керегі: кен, отын, флюс және ауа. Кен ретінде өткенде айтылған темір оксидтері алынады.Домнаның отыны – кокс. Кокстың маңызы 1) өте жоғары температурада өтетін темірдің тотықсыздану процесіне керекті жылу береді, 2) тотықсыздандырғыш, 3) балқыған темірде еріп оны шойынға айналдырады. Қандай кенде болсын бос жыныс болады, ол көмірден қалған күлмен араласып, домнаның ішінде керексіз (балласт) затты көбейтеді. Міне осылардан құтылу үшін домнаға керексіз заттармен химиялық реакцияласып, оңай балқитын қож түзетін заттар – флюс салынады. Флюс ретінде әктас CaCO3 немесе доломит CaCO3.MgCO3 алынады. Домнадағы кокстың жануына өте көп ауа жұмсалады, оның қаншалықты көп екендігін мына есептен көруге болады. 1т шойынға 1т кокс керек, ол жану үшін 4000м3 ауа керек. Сонда бір тәулікте 1000т шойын өндіретін домнаға 4000000м3, немесе 5000т ауа керек. Демек, минутына 3500м3 ауа үрлеу керек.Домнаның заплечнигінде жоғары темперетурада түзілген отындағы көміртекпен тотықсызданып, көміртек (ІІ) оксидін түзеді.Болат.Шойынның механикалық қасиеттері мақтарлықтай емес. Қанша дегенмен де ішіндегі көміртек оны томырық, оңай жарылып сынғыш етеді. Сондықтан өндірілетін шойынның 25% ғана шойын қалпында ұсталып, 75% болат және темірге өңделеді.Шойынды болатқа аударудағы негізгі жұмыс құрамындағы көміртекті азайту, ол үшін көміртекті жандырып, оксидке айналдырып ұшырады, бұл жандыру кезінде марганец пен кремний тотығады. Фосфорды қожға аудару арқылы азайтады. Ал күкірттен құтылу қиын жұмыс.Шойынды болатқа аудару үшін Бессемер, Томас,Мартен және электр балқыту әдістері қолданылады.