Metallurgia (0)

Tartu Kutsehariduskeskus
Autode ja masinate remondi osakond
AT 109
Metallurgia ja kõrgahjutehnoloogia
Iseseisev töö
Juhendaja: Helmo Hainsoo
Tartu 2010

Sisukord

Sissejuhatus 3
Metallurgia 4
Kõrgahjutehnoloogia 5
Kõrgahi 6
Kokkuvõte 7

Sissejuhatus

Metallurgia eesmärk on metallide tootmine. Enamus metallidest on Maakeral levinud ühenditena ja neid mineraale, millest mingit metalli toota tasub kutsutakse maakideks.
Maakide redutseerimiseks on 3 meetodit pürometallurgia, hürdometallurgia, elektrometallurgia

Metallurgia

Metalle leidub looduses väga harva puhaste maakidena, enamasti on nad ikka ühenditena. Maakidest metallide ja nende sulamite tootmist nimetatakse metallurgiaks. Tuntakse kolme erinevat metallide tootmise viisi:
1. Haruldasi ja värvilisi metalle toodetakse kloormetallurgiliselt. Sel juhul töödeldakse toormaaki klooriga. Metallid reageerides klooriga muutuvad kloriidideks, sellisel kujul nad eraldatakse ja seejärel töödeldakse puhtaks metalliks. Nii toodetakse titaani, tantaali , tina jne.
2. Hüdrometallurgia põhineb maakide töötlemisel niisuguste kemikaalide lahustega (hapete, leeliste), mis maagis oleva metalliga reageerides viivad selle ioonidena lahusesse. Lahuse järgneval töötlemisel eraldatakse metall sellest lihtainena.
3. Vanimaks ja kõige levinumaks metallurgiaharuks on pürometallurgia (püro tähendab ladina keeles leeki). Siin sulatatakse metall maagist välja kõrge temperatuuriga. See kõrge temperatuuriga leek saadakse kütuste põletamisel. Nii toodetakse rauda ja tema sulameid, vaske jne.
Nagu me eelnevast teame, esineb raud rauamaakides oksiidina. Sellest tuleb raud välja redutseerida. Selleks kasutatakse enamasti koksi - seega sütt või süsinikoksiidi:
Fe3O4+ 4C = 3Fe + 4CO
Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2
Täiesti puhast rauda pole võimalik nii toota, ikka sisaldab ta mõningal määral süsinikku. Kuna selline sulam on korrosioonile vastupidavam, siis tööstuslikult toodetaksegi mitte puhast rauda, vaid malmi ja terast.

Kõrgahjutehnoloogia

Kõrgahju ülemise osa - suudme - kaudu täidetakse ahi kihiti toorainetega: kiht koksi, siis kiht räbusti ja maagi segu ning jälle kiht koksi jne. Allapoole laienev šaht võimaldab täidisel sulatusprotsessis vabalt allapoole vajuda. Malmi tekkimine algab mõhu ja turja piirkonnas, kust hiljem koldesse voolab. Kolde ülaosas on avad - furmid - mille kaudu juhitakse kõrgahju õhku.
Kõrgahi töötab vastuvoolu põhimõttel. keemilistel reaktsioonidel tekkivad gaasid liiguvad alt üles ja kõrgahju täidis ülevalt alla. Kõrgahju kõige ülemises osas on temperatuur kõige madalam ning seda nimetatakse soojendustsooniks. Mida allapoole liikuda, seda kõrgemaks temperatuur muutub. Ahju keskosas toimub raua järk-järguline redutseerumine nn käsnrauaks ning ahju allosas toimub raua rikastamine süsinikuga, mille tulemusel raua sulamistemperatuur alaneb ja toimubki raua sulatamine ning eraldub kolde allosast sulamalm. Selline malm sisaldab rauda, milles on lahustunud raudkarbiid (Fe3C), süsinik, räni jt. lisaaineid .
Kõrgahju keskosas toimub ka aheraine muutumine räbuks (räbusti - lubjakivi ) toimel. Räbusse lähevad peale kaltsiumoksiidi ja ränidioksiidi ka kütuse (koksi) tuhk ning magneesiumoksiid, mis ei redutseerunud . Seda tekkinud räbu kasutatakse tsemendi ja räbutelliste tootmiseks.
Terast toodetakse tavaliselt malmist ja samades tehastes konverterites või martäänahjudes (kõrge temperatuuriga ahjud, kust puhutakse õhku läbi). Neis seadmetes oksüdeeritakse malmis olev liigne süsinik, räni ja mangaan õhu või hapnikuga. Parimaid terasesorte toodetakse aga elektri kaarleekahjudes või kõrgsagedus - induktsioonahjudes. Elektriahjudes on võimalik saavutada kõrgemat temperatuuri kui konverterites ja martäänahjudes, mistõttu saab lisada terasele ka rasksulavaid metalle nagu volframit, vanaadiumi jne.

Kõrgahi

Kokkuvõte

Metallurgia ja kõrgahju tehnoloogia on omavahel väga tugevalt seotud. Kuna mõlema puhul käsitletakse metalle.

Kasutatud kirjandus
http://www.miksike.ee/docs/elehed/9klass/metallid_mittemetallid/9-1-13 -
http://www.crjg.vil.ee/materjalid/oppematerjalid/keemia/3_metallurgia.html
http://www.miksike.ee/docs/elehed/9klass/metallid_mittemetallid/9-1-13-2.ht m
http://www.google.ee/imgres?imgurl=http://web.zone.ee/heimo/rauasaamine.jpg&imgrefurl=http://web.zone.ee/heimo/raud.html&h=356&w=600&sz=62&tbnid=YxGloPFjoLGWYM:&tbnh=80&tbnw=135&prev=/images%3Fq%3Dk%25C3%25B5rgahjud%2527&zoom=1&q=k%C3%B5rgahjud%27&hl=et&usg=__AoVzofqp4-P5yKExs9wk7GdUwNM=&sa=X&ei=r6SXTJX1JZGUjAeGvNnIBQ&ved=0CCcQ9QEwAw
8