G тұрақты қысымдағы еркін энергия.

Ғ тұ рақ ты кө лемдегі еркін энергия.

Гиббс жә не Гельмгольц энергиялары тө мендесе, экзэргоникалық, ал олар жоғ арыласа, эндэргоникалық процестер орындалады.

Тұ рақ ты қ ысым мен температурада жү ретін химиялық процестердің еркін энергиясының ө згерісі ∆ G бастапқ ы заттар мен тү зілген ө німдердің қ ұ рамына жә не кү йіне тә уелді болады, бірақ процестің жү ру ә дісіне байланысты болмайды жә не мына тең деу бойынша есептеледі:

∆ G = ∑ ∆ G т.з. – ∑ ∆ G б.з.

Термодинамиканың екінші заң ының ә ртү рлі анық тамалары бар. Бұ л заң ның бір тең деуіне Δ G = Δ Н ТΔ S жатады. Сондық тан да химиялық термодинамикада қ олданылатын қ олайлы анық тама былай оқ ылады: тұ рақ ты температура мен қ ысымда (немесе кө лемде) Гиббс энергиясы (немесе Гельмгольц энергиясы) теріс мә нге ие болатын процестер, яғ ни жү йе сыртқ ы кү штерге қ арсы жұ мыс жасай алатын процестер ғ ана ө з бетінше жү руі мү мкін.

Кез келген термодинамикалық жү йенің жұ мысқ а қ абылеті қ ажетті градиенттердің (температура, қ ысым, концентрация, электр потенциалы т.б.) болуымен сипатталады. Жү йеде термодинамикалық тепе-тең дік орнағ анда, градиенттер жойылып, жү йе жұ мыс жасауғ а қ абылетсіз болады. Осығ ан байланысты мынадай анық тама беруге болады: тұ йық талғ ан жү йенің кү йін ө згертетін нақ ты процестер градиенттердің жойылу бағ ытында орындалады.

Тұ йық талғ ан жү йелерде Δ Н = 0. Олай болса, ∆ G = – Т∆ S. Мұ ндай жү йелерде процестердің ө з бетінше жү руі (∆ G < 0) энтропия жоғ арылағ анда ғ ана орындалады (∆ Ѕ > 0). Сонда ғ ана ∆ G < 0. Осығ ан байланысты тұ йық талғ ан жү йенің энтропиясы максимумғ а ұ мтылады.

Гиббстің еркін энергиясының шамасын қ алай есептеуге болады? Металлургияда кө птеген химиялық ө зара ә рекеттесулер бір жағ ынан металдар арасында, ал екінші жағ ынан оттегімен, кү кіртпен, хлормен жә не басқ а металл еместермен жү реді. Металдардың химиялық активтілігі химиялық қ осылыстар диссоциациясының серпімділік шамасымен немесе Гиббс энергиясының ө згерісімен сипатталады. Қ аншалық ты Гиббс энергиясының () кемуі жоғ ары болса жә не диссоциация серпімділігі тө мен болса, соншылық ты қ арастырылатын металл металлоидқ а жақ ындығ ы жоғ ары жә не химиялық қ осылыс берік болады.

Егер металл мен оксид конденсацияланғ ан фазалармен (қ атты немесе сұ йық) берілсе, онда бұ л жү йенің тепе-тең дігі оттегінің парциалдық қ ысымымен анық талады. Изобарлы-изотермиялық потенциалдың физикалық мә ні (Гиббс энергиясы) – реакция жү ретін максимал жұ мыс. Бұ л жұ мысты шартты тү рде теріс деп есептейді жә не сондық тан теріс шама () химиялық реакцияның ө здігінен ө ту мү мкіндігін жә не соғ ан сә йкес оксидтің жоғ ары беріктілігін кө рсетеді. Изобарлы-изотермиялық потенциалдың физикалық мә ні (Гиббс энергиясы) – реакция жү ретін максимал жұ мыс. Бұ л жұ мысты шартты тү рде теріс деп есептейді жә не сондық тан теріс шама () химиялық реакцияның ө здігінен ө ту мү мкіндігін жә не соғ ан сә йкес оксидтің жоғ ары беріктілігін кө рсетеді.

Металдардың оттегіге жә не басқ а металл еместерге жақ ындығ ы температурағ а тә уелді. Ең берік оксид – кальций оксиді, оның диссоциация серпімділігі тө мен жә не Гиббс энергиясының теріс мә ні жоғ ары, бұ л кальцийдің жоғ ары химиялық активтілігін жә не оның оттегіге жоғ ары жақ ындығ ын кө рсетеді.

Жақ ындық шамасы химиялық қ осылыстардың беріктігін анық тайды:

1) ә ртү рлі металдар химиялық қ осылыстарғ а ә ртү рлі қ осылады, мысалы, оксидтер: алтын ауада тотық пайды, ал темір оттегімен берік химиялық қ осылыс береді;

2) темірді қ ыздыруғ а жә не жалындап тұ рғ ан кү йінде ө ң деуге болады, ал магний қ ыздыру кезінде оксид тү зей отырып, ауада жанып кетеді;

3) Мыс оксиді кө міртегімен жең іл тотық сызданады, 100 оС кезінде-ақ, ал темірдің шала тотығ ы кө міртегімен 690 оС жоғ ары температурада тотық сызданады, ал кремний диоксиді кө міртегімен тек 1500 оС жоғ ары температурада кө міртегімен тотық сызданады.

Бұ л қ ұ былыстар оттегі мен металл арасындағ ы байланыстың ә ртү рлі беріктікте болуымен тү сіндіріледі, яғ ни металдың оттегіге жақ ындығ ының ә ртү рлі болуымен.

Температураның жоғ арылауымен барлық металдық оксидтердің беріктілігі тө мендейді. Кө міртегі оксиді ү шін керісінше, температураның ө суімен беркітігінің жоғ арылауы сипатты, бұ л жану жә не тотық сыздану теориясының негізгі ережелеріне толығ ымен сә йкес келеді. Температура < 710 °С кезінде барынша қ арқ ынды тотық сыздандырғ ыш кө міртегі бола алады, егер ол кө міртегі диоксидіне дейін тотық са, ал температура > 710 °С болғ анда ү лкен химиялық жақ ындық қ а оның оксидке дейін тотығ уы жауап бере алады. Элементті қ атты кө міртегімен карботермиялық тотық сыздануды тура деп, ал кө міртегі оксидімен тотық сыздануды жанама деп атайды. Тура тотық сыздану металлургиялық процестерде, кесекті материалдар арасындағ ы тү йісудің жетілмегендігіне байланысты, бағ ыныштылық ты мә нде болады. Кесекті материалдарды тотық сыздандырып ө ң деуде негізгі рө лді газтә різдес тотық сыздандырғ ыш – кө міртегі оксиді – атқ арады.

Кез-келген берілген температурада кө міртегінің оксиді мен диоксиді концентрациялары арасында қ атаң қ атынас болады жә не, керісінше, тепе-тең дік жағ дайларда тотық сыздандырғ ыштың кез-келген концентрациясына тұ рақ ты температура қ атаң жауап береді. Ең берік емес оксидтердің тотық сыздануы ү шін, газдық фазадағ ы кө міртегі оксидінің мө лшері бірнеше пайыздан аспайды, ал қ иын тотық сызданатын оксидтердің тотық сыздануы тек қ ана толығ ымен дерлік кө міртегі оксидінен тұ ратын газдық фазада мү мкіндікті.

Сульфидтердің салыстырмалы беріктілігі металдардың кү кіртке жақ ындығ ымен анық талады, яғ ни сульфидтер диссоциациясының серпімділігімен жә не элементтерден сульфидтердің тү зілуінің Гиббс энергиясының кемуімен. Температураның 1200 °С мә нінде кү кіртке ең жақ ын кальций, марганец, мырыш, мыс болады. Кө птеген пирометаллургиялық процестерде сульфидтердің қ атысуымен бірқ атар химиялық ө зара ә рекеттесулер орын алады. Мұ ндай ә рекеттесулердің негізгі тү рлері болатындар: сульфидтердің оттегімен тотығ уы жә не сульфидтер мен оксидтер арасындағ ы алмасу реакциялары. Жалпы тү рде сульфидтердің тотығ уы мына тең деумен сипатталады:

2MeS + ЗО2 ↔ 2МеО + 2SO2 (1)

Кө птеген пирометаллургиялық процестерде оксидтердің тү зілуінің Гиббс энергиясының кемуі сульфидтердікіне қ арағ анда ең теріс шамада болады, яғ ни берілген температурада металдың оттегіге жақ ындығ ы кү кіртке жақ ындығ ына қ арағ анда барлық уақ ытта жоғ ары. Осы оттегіге жақ ындығ ы жеке сульфидтердің тотығ у атмосферасындағ ы беталысын анық тайды. Бірнеше металдың сульфидтері бірмезгілде қ атысқ ан жағ дайда, бірінші кезекте тотығ у кезінде ең берік оксид тү зейтін сульфид басымдық ты тотығ ады. Сульфидтер мен оксидтер арасындағ ы алмасу ө зара ә рекетінің сипаты осымен тү сіндіріледі.

Кү кіртке жақ ындық тың айырмашылық тары кейбір металдар мен олардың оксидтерінің таң дамалы сульфидтенуі негізіндеде болады, мысалы тотық қ ан никель кендерін штейнге балқ ыту кезіндегі никельдің немесе қ ара қ орғ асынды мыссыздандыру кезіндегі мыстың.

Металдар оксидтері диссоциация кезінде ү ш ә ртү рлі сұ лба бойынша диссоциациялана алады:

1) металл мен оттегіге:

2 MgO =2 Mg + O2

2 Ag2O = 4 Ag + O2 (2)

2) оксид пен оттегіге

3 Fe2O3 = 2 Fe3O4 + ½ O2

4CuO = 2 Cu2O + O2 (3)

3) металл мен жаң а оксидке

4 FeO = Fe3O4 + Fe

2 SnO = Sn + SnO2 (4)

Еківалентті металдың тотығ у реакциясын жалпы нысанда келесі тү рде жазуғ а болады:

2 Me + O2 = 2 MeO + Q (5)

Металдардың тотығ уы, қ ағ идағ а сай, экзотермиялық реакция. Бұ л реакция қ айтымды, кері реакция оксидтің термиялық диссоциациясы реакциясы деп аталады жә не эндотермиялық болып табылады:

2 MeO + 2 Me + O2 – Q (6)

Гидрометаллургиядағ ы негізгі процестер мен операциялар, олардың сипаттамасы. Гидрометаллургиялық процестер. Гидрометаллургия– бұ л металдарды кеннен, концентраттардан жә не шикізаттың басқ а тү рлерінен сулы ерітінділермен, химиялық реагенттермен жә не ары қ арай ерітінділерден металды еркін кү йде немесе химиялық қ осылыстар нысанында бө ліп алу. Екі негізгі гидрометаллургиялық процесс қ олданылады: металдарды ерітінділерден шаймалау жә не шө гілдіру. Олардың арасында ерітінділерді шоғ ырландыру жә не оларды қ оспалардан тазарту операцияларын жү ргізу мү мкіндікті. Гидрометаллургия – химиялық реагенттердің кө мегімен суғ а ерітіп кеннен, концентраттардан жә не ә р тү рлі ө ндіріс қ алдық тарынан металды ажыратып алудың металлургиялық процесі. Таза металл кейіннен бұ л ертінділерден бө лініп шығ арылады.

Гидрометаллургияның артық шылығ ы:

– баланстан тыс шикізаттан (қ иын байытылатын, мақ сатты металл мө лшері тө мен, полиметалдық, т.б.) металдарды таң дамалы бө ліп алу мү мкіндігі;

– сапалы ө німге элементтерді бө ліп алудың жоғ ары дә режесімен шикізатты кешенді ө ң деу – қ алдық сыз, экологиялық технология негізі ретінде;

– барынша жинақ ы ө ндіріс, механикаландыру мен автоматтандыру жең іл жә не жұ мыскерлер денсаулығ ына зияндығ ы тө мен (шаң тү зілу, балқ ымалардың ү лкен кө лемін ө ң деу, улы газдар болмайды);

– ө ндіріс масштабы шағ ын болғ анда бейметалдық шикізаттарды ө ң деудің экономикалық тиімділігі.

Гидрометаллургиялық технологияның негізгі сатылары (32 сурет):

шикізатты дайындау; бұ л операция бағ алы металды жылдам, толық, селетивті шаймалауғ а мү мкіндік береді. Дайындаудың механикалық (ұ сақ тау, ұ нтақ тау) жә не шикізаттың фазалық қ ұ рамының ө згерісімен байланысты физика-химиялық (қ ақ тау, кү йдіру, жентектеу, гидротермалды активтендіру, қ айтарма шикізатты майсыздандыру, т.б.) ә дістер белгілі;

Глинеземді кү йежентектеумен ө ндіру, негізгі реакциялары. Кү йежентектеу ә дісінің негізі жоғ ары теипературада алюминат тү зу. Кү йежентектеу нә тежиесінде сумен сілтіленетін кү йежентек алынады. Осылай алынғ ан алюминат ерітіндісін алюминий гидроксидін бө лумен кө мірқ ышқ ылмен ыдыратады.

Боксит пен ә ктасты ұ сақ тап артынан қ ажетті пропорцияда айналым ө німдерімен мө лшерлейді: ақ шлам жә не соды ерітіндісі. Алынғ ан су шикіқ ұ рамды шарлы диірмендерде ұ нтақ тайды. Диірменнен қ ойыртпақ ты кү йежентектеуге бағ ыттайды.

Кү йежентектеудің мақ саты – суда еритін алюминат натриін алу жә не шикіқ ұ рамдағ ы кремнеземді аз еритін кальций селикаттарына байланытыру. Қ ұ рамындағ ы ылғ алы 40%-ғ а жуық қ ойыртпақ айналатын қ ұ бырлы пештің «суық жағ ында» форсункалармен шашыратылады. Ұ шу кезінде қ ойыртпақ шашырандылары кебеді, оның бө лшектері пеш шегеніне тү сіпе біртіндеп қ ызиды да 1200—1300° С температурағ а ие пештің ыстық аймағ ына жылжижы. Реакциялар жү реді:

Na2CO3 + Fe2O3 = Na2O - Fe2O3 + CO2; (65)

Na2CO3 +SiO3 = Na2O·SiО2 + CO2. (66)

Бір уақ ытта соданың глиназеммен ә рекеттесуі жү реді:

Na2CO3 + А12O3 = Na2O· А12O3 + CO2. (67)

900° С-де алынғ ан ө німдер кальций оксиді жә не глиназеммен ә рекеттеседі:

Na2O·SiO3 + 2CaO + А12О3 = Na2O·А12О3 + 2СаО·SiO2; (68)

Na2O·А12О3 ·2SiO2 + 4СаО = Na2O·А12О3 + 2(2CaO·SiO2). (69)

1200° С –ге дейін қ ыздырғ ан кезде алюминий оксидінің негізгі массасы алюминат натриіне бірігеді. Ұ нтақ талғ ан кү йедентекті глинозем жә не сілтіні ерітіндіге барынша алу мақ сатында жә не мү мкіндігінше ө зге қ ұ рамдастарының еруін болдырмай сілтілеуге береді.

Кесекті кү йежентек арқ ылы ерітіндіні ағ ызумен сілтілеу, агитациялы сілтілеу жә не қ ұ бырды сілтілегіштерді сілтілеу қ олданыс тапты.

Кү йежентекті сілтілеу кезінде алюминат натриі ериді. Феррит натриі суда гидролизденеді жә не темір оксиді тұ нбада қ алады.

Na2O· Fe2O3 + Н2О ↔ Fe2O3 + 2NaOH. (70)

Кремнеземді біріктіретін кальций қ осылыстары суда ерімейді. Алюминат натриі жә не едкий сілтімен қ атар кремнеземнің біраз мө лшері натрий селикаты тү рінде ерітіндіге ө теді, ол айтарлық тай дә режеде ө ндіріс ү рдісін қ иындатады.

Алынғ ан алюминат натрий ерітіндісін ерітіндіден кремнеземді алып тастау ү шін кремнисіздендіруге бағ ыттайды. Бұ л операцияның негізі еріген кремнеземді азеритін кальций алюмаселикатын тү зіп ерімейтін қ осылысқ а байланыстыруда:

Na2O · А12О3 + 2(Na2О· SiО2) + Ca(OH)2 + 4Н2О →

СаО·А12О3·2 SiО2· 2НО + 6NaOH. (71)

Кремнисіздендіру толық тығ ы алюминат ерітіндісінің концентрациясынан тә уелді, ө йткені қ атты ерітің ділерде алюмоселикаттардың ерігіштігі артады. Температураның артуы жә не ү рдістің ұ зақ тығ ы кремнисіздендіруге жағ ымды ә сер етеді, ол ә детте 2-4 сағ ішінде 150 °С температурада ө ткір бумен қ ыздарылатын автоклавтар батареясында ү здіксіз жү ргізіледі.

Карбонизацияның мә ні алюминат натрий ерітіндісі арқ ылы қ ұ рамында кө мір қ ышқ ылы бар тазартылғ ан пеш газдарын ү рлеуде. Кө мірқ ышқ ылы ерітінді қ ұ рамындағ ы едкий натримен мына реакция бойынша ә рекеттеседі:

2NaOH + СО2 → Na2 СО3+Н2О. (72)

Карбонизация кезінде алюминат ерітіндісінің ыдырауы алюминат натрий гиролизі нә тежиесі болып табылады.

Карбонизация кезінде тек таз гидрат алып қ оймай қ ажетті ө лшемді кристалдар алу қ ажет (~60 мкм). Ұ сақ кристалды тұ нба келесі операцияларды қ ыйындатады. Ірі кристалды гидртат қ ұ рамында ә детте жууылмайтын сода кө п болады, ол глиназем сапасын тө мендетеді.

Нефелиннен глиназем алу кезіндегі нефелинді ө ң деу технологиялық сұ лба негізіне кү йежентектеу ә дісі салынғ ан. Шихта тек қ ана екі материалдан қ ұ ралады – нефелин жә не ә ктас, ө йткені концентраттағ ы Na2O жә не K2O глиназемнің алюминатқ а толық ө туін қ амтамассыз етеді. Мына реакция бойынша:

(Na, К)2О·А12О3·2SiО2+ 4СаCO3 → (Na, К)2О·А12О3+2(2СаО·SiO2) + 2СО2.

«Қ азақ стан алюминийі» ААҚ -да глинозем ө ндіру тізбекті, қ осарланғ ан Баер-кү йежентектеу сұ лбасы бойынша жү зеге асырылады. Аталғ ан ә діс ө ң деуге тү сетін боксидтердің химиялық қ ұ рамынабайланысты.

Домналық процестің негізі мен негізгі ө німдері. Домналық процестің негізі. Домна пеші - бұ л шахталық пеш, онда темірдің оның кен қ ұ рамындағ ы оксидтерінен тотық сыздануы ү шін кокс кө міртегі қ олданылады. Домналық балқ ытудың ө німі – сұ йық шойын (4-5 % С, 0, 5-1, 0 % Si), ол болат алуғ а қ олданылады. Типтік домна пеші 1 суретте кескінделген. Домналық пештің негізгі қ ызметі тұ рақ ты қ ұ рамды шойынды жоғ ары ө німділікті балқ ыту болады. Бұ л кезде балқ ытудың жалғ ыз кризистік параметрі шойын мен қ ождың температурасы болып табылады, олардың пештен сұ йық кү йде еркін шығ уын қ амтамасыз ету ү шін ол 1700 К жоғ ары болуы керек. Шойынның қ ұ рамы ломна процесінің кризистік параметрі бола ламайды, ө йткені домна пешінде балқ ытылатын бү кіл шойын болатқ а қ айта балқ ытуғ а қ олданылады. Дегенмен, шойын қ ұ рамы болат балқ ыту ө ндірісінің талаптарына сә йкес белгілі бір дең гейде ұ сталады, ол қ ож қ ұ рамын қ ұ ру жә не пештегі температура режимін реттеу жолымен жү реді. Дү ниежү зінде 1000 жуық домналық пештер бар, олардың қ осынды ө німділігі жылына жуық шамамен 500 млн. т қ ұ райды. Бастапқ ы материалдар. Домна балқ ытуының бастапқ ы материалдары кен, кокс жә не пешке ү стінен салынатын флюс, ауа фурмалары арқ ылы пешке ү рленетін газү рлеу, олар пештің тө менгі бө лігінде орналасқ ан. Фурмалар арқ ылы кө міртекті қ осымшалар (газтә різдес, сұ йық жә не қ атты) жә не оттегі беріледі. Домналық балқ ыту ү шін шикізат келесі негізгі компоненттерден тұ рады: 1) темір оксидтері. Теміркенді материалдарда темір кө бінесе гематит Fe2O3 тү рінде жә не сирегірек магнетит РеэО4 тү рінде болады. Домналық балқ ытуғ а қ олданылатын негізгі теміркенді материалдарғ а жататындар: а) диаметрі l0-20 мм жұ мыртастар [5-10 % (SiO2 + А12О3), қ алғ аны Fe2О3 немесе Fe3О4], темір кендерін байыту ө німі-майда ұ нтақ талғ ан концентраттардан дайындалады; б) ірілігі 10-30 мм агломерат, майда кендерді кү йежентектеу жолымен алынады; в) кесекті темір кені, ірілігі 10-50 мм. Домна пешінің шикіқ ұ рамына темір оксиді болатын осы теміркенді материалдардың бір, екі немесе ү ш тү ріде кіре алады. Одан ө зге, шикіқ ұ рамғ а болат балқ ыту жә не пісіру қ ождары сияқ ты темірқ ұ рамды материалдарда кіре алады. 2) металлургиялық кокс (90 % С, 10 % кү л, 0, 5-1, 0 % қ ұ рғ ақ массағ а есептелген кү кірт жә не 5 — 10 % ылғ алдылық). Кокс тотық сыздану жә не балқ ыту процестерінде шығ ындалатын газ бен жылудың негізгі бө лігінің кө зі болып табылады. Коксті ұ нтақ талғ ан кокстелетін кө мірден ауасыз жерде термиялық ө ң деу жолымен алады (25-30 % ұ шқ ыш заттар). Кокстеу процесінде ұ шқ ыштар ұ шып аласталады, кө мірлі шикіқ ұ рам илемді кү йге ө ткеннен соң қ атайып кеуекті кесек кокстарды тү зейді. Кокс жоғ ары температураларда реакциялық қ абілеттілікке ие жә не жеткілікті механикалық беріктілікте болады, соның ә серінен домна пешінің оттығ ына дейін бұ зылмастан жетеді. Кокстің осы соң ғ ы қ асиеті ө те маң ызды болып табылады, ө йткені шикіқ ұ рам бағ анасында газ ағ ынының бірқ алыпты таралуы ү шін кесектер қ ажетті. Домналық балқ ытуда ірілігі 20-80 мм кокс қ олданылады.

3) СаО мен MgО балқ ыту температурасы тө мен (1600К) сұ йық ақ қ ышты қ ождың тү зілуі мақ сатында кеннің бос жынысы мен кокс кү лінен кремнезем мен глинеземның флюстелуін қ амтамасыз етеді. СаО оң ролі пешке негізінен кокспен тү сетін кү кірттің бір бө лігінің қ ожғ а ө туін қ амтамасыз етуімен айқ ындалады; СаО мен MgО домна пешіне ә к тасының флюстелген тү рінде (СаСО3) жә не доломит (СаСО3·MgСО3) тү ріндегі қ ұ рамда тү седі. Тү йірлердің ірілігі 20-50 мм қ ұ райды. Кейде болат балқ ыту ө ндірісінің қ ожы қ олданылады. Домна пешінің қ орытындыланғ ан материалдық балансы 2 суретте келтірілген. Домна пешіне фурмалар арқ ылы келесі материалдар ү рленеді: 1) температурасы 1200-1600 К ыстық газү рлеу, бірқ атар жағ дайларда оттегімен 25-35 % байытылғ ан. Ауа фурмаларының алдында ыстық газү рлеу ағ ынында 1800 К дейін қ ыздырылғ ан кокс жанады. Кокстың жануы кезінде жылу бө лінеді, ол темірдің тотық сыздануына жә не балқ ыту ө німдерінің балқ уына шығ ындалады. Газү рлеудің жоғ ары температурасы шойын мен қ ождың олардың балқ у температурасынан жоғ ары температурада аса қ ызуын қ амтамасыз етеді; 2) газтә різдес, сұ йық жә не қ атты кө мірсутекті қ осымшалар пеште газдың қ осымша мө лшерінің тү зілуін қ амтамасыз етеді (СО жә не Н2), олар тотық сыздану процестерінде шығ ындалады. Ең кең тарағ ан қ осымшаларсұ йық отын (мазут), жә неде табиғ и газ бен шаң тә різдес отындар болып табылады. Балқ ыту ө німдері. Домналық балқ ытудың негізгі ө німі – сұ йық шойын – пештен оттық тың тө менгі жағ ына орналасқ ан бір немесе бірнеше науашалар арқ ылы шығ арылады.Шығ ару кезең ді жү ргізіледі, ал ү лкен кө лемді домналық пештерде ү здіксіз шығ арылады. Қ айта балқ ыту шойынының типтік қ ұ рамы, %: С4-5, Si 0, 3-1, 0, S 0, 03, Р 1, 0 дейін (кендегі мө лшеріне тә уелді), Мn 0, 1-2, 5 (кендегі мө лшеріне қ арай). Шойынның балқ у температурасы 1400 К. Ә рбір домналық пеште қ орытылатын шойынның қ ұ рамы, осы шойынды болатқ а қ айта балқ ытатын болат балқ ыту цехының талабына тә уелді болады. Берілген қ ұ рамдағ ы шойынды алу ү шін қ ождың қ ұ рамы мен пештің тө менгі бө лігінің температуралық режимін реттейді. Сұ йық шойын болат балқ ыту цехына тасымалданады, ол жерде оттегілі тазарту (рафинирлеу) жолымен металдағ ы қ оспалар мө лшерін қ ажетті дең гейге дейін тө мендетеді. Кейбір жағ дайларда шойынды оны болат балқ ыту агрегаттарында қ олдану алдында, кальций карбидімен немесе магниймен ө ң дей отырып десульфуризация жү ргізеді. Домналық балқ ытудың қ осалқ ы ө німдері болатындар қ ож бен газ.Қ ож [30-40 % SiО2, 5-15 % А12О3, 35-45 % СаО, 5-15 % MgO, 0-1 % (Na2O + K2O), 1-2, 5 % S]. Қ ождың қ ұ рамында темір оксидінің мө лшері аз болады, бұ л домна пешінің тотық сыздандыру агрегаты ретіндегі жоғ ары тиімділіктілігін кө рсетеді. Қ ож қ ұ рамын келесі талаптарды қ амтамасыз ететіндей етіп қ ұ рады: а) жеткілікті сұ йық ақ қ ыштығ ы; б) сілтілерді жақ сы сің іруі (К2О жә не Na2О), ө йткені кері жағ дайда домналық пеште жиналып қ алады; в) жоғ ары кү кіртсің іру қ абілеттілігі; г) шойында кремний берілген мө лшерде болуы. Тә жірибелердің кө рсетуінше, осы тө рт талапқ ада ең сә йкес келетіні келесі негізді қ ож: (CaO + MgO)/(SiO2+А12О3) = 0, 9 - 1, 2. Қ атты домналық қ ож бетон мен шекемтастар ө ндірісінде қ олданылады. Колошник газы пештен газарна жү йесі арқ ылы шығ арылады. Қ азіргі кездегі домна пешінің колошник газының типтік қ ұ рамы келесідей, %: СО - 23, СО2 - 22, Н2 -3, Н2О - 3, N2 - 49. Мұ ндай газдың жану жылуы жуық шамамен 4 МДж/м3 қ ұ райды, бұ л табиғ и газдың жану жылуынан 10 ретке аз. Шаң нан тазартылғ ан домна газы домна пешінің ауақ ыздырғ ыштарында отын ретінде қ олданылады. Тұ тылғ ан колошник шаң ы кү йежентектеу немесе брикеттеу арқ ылы кесектеледі, мақ саты ары қ арай домна пешінде қ олдану. Домна пешінің жұ мысы. Домна пешіне кезең менен колошник арқ ылы шикіқ ұ рамды материалдар тиеледі. Пештің тө менгі бө лігіне ауа фурмалары арқ ылы ү здіксіз газү рлеу мен кө міртекті қ осымшалар беріледі. Балқ ытудың сұ йық ө німдерін шығ ару пеш табанындағ ы науашалар арқ ылы кезең ді жү ргізіледі, ал колошник газы ү здіксіз газарнамен шығ ады. Пеш жұ мысымен байланысты операциялардың кө бісі (яғ ни, шикіқ ұ рамды материалдарды тиеу, газү рлеуді беру, отынды қ осымшаларды ү рлеу жә не т.б.), автоматты тү рде жү ргізіледі. Домна пештері автоматты басқ ару жү йелерімен кең інен жабдық талғ ан. Домналық процестің келесі параметрлері ү здіксіз автоматты бақ ылауда болады: ыстық газү рлеудің, суытатын судың, шахта қ алауының, колошник газының температуралары; пештің жұ мыс кең істігіндегі, колошник газының қ ысымы, ыстық газү рлеудің қ ысымы бірнеше горизонттарда; газү рлеудің, ү рленетін отынды қ осымшаның, суытатын судың шығ ыны. Одан ө зге, шығ ару процесінде кезең ді тү рде шойын мен қ ождың қ ұ рамы анық талады жә не температурасы ө лшенеді. Домна пешіндегі қ олмен басқ арылатын жалғ ыз жұ мыс шойын мен қ ождың шығ арылуы. Домна пешінде ө тетін негізгі химиялық реакциялар: а) ауа фурмалары алдында газү рлеу оттегісімен кө міртегінің тотығ уы, бұ л кезде СО2 тү зіледі жә не жылу бө лінеді: С+О2=СО2; Δ Нº 298 = -394 МДж/кмоль СО2; б) СО2 мен кө міртегі арасындағ ы эндотермиялық реакция, СО тү зіледі – ол домна процесіндегі тотық сыздандыру газының негізгі компоненті: СО2 + С = 2СО; Δ Нº 298 = +172 МДж/кмоль СО2; в) темір оксидтерінің тотық сыздануы:

Fe 0, 947O + СО = 0, 947Fe +CO2 Δ Нº 298 → -17 МДж/кмоль СО;. 1, 2Fe3O4+CO=3, 8Fe0, 947O+CO2, Δ Нº 298 → +50МДж/кмольСО;

3Fe2O3+CO=2Fe3O4 + СО2 Δ Нº 298 → -48 МДж/кмоль СО.

Домналық пеш шегендердің толық тозуына дейін, ү здіксіз 5-8 жыл жұ мыс істейді. Ол кезде оны толығ ымен ү рлеп, жө ндеу жұ мысына тоқ татады. Пеш шахтасының аздағ ан ақ ауларын пешті толығ ымен ү рлеместен жү ргізеді. Домна пешіне тек кокс тиеу, уақ ытша тоқ тату кездерінде оның қ ызуын сақ тауғ а мү мкіндік береді. Процестердің талдауы негізінен суытылғ ан ө неркә сіптік домна пештерін зерттеу нә тижелеріне сү йенеді. Процестердің бірізділігі пештегі тотық сыздандыру газының ауа фурмалары алдында олардың тү зілу кезінен бастап тиеу дең гейіндегі шикіқ ұ рам бағ анасынан шық қ анғ а дейінгі жұ мысына сә йкес. Кө терілетін газ ағ ынының ең маң ызды қ ызметі – тө мен тү сетін шикіқ ұ рам материалдарын қ ыздыру. Жылуалмасу нә тижесінде газдардың температуралары тө мендейді. Пеш биіктігі бойынша температуралардың таралуының келтірілген сұ лбасы ә ртү рлі реакциялардың ө тетін орыны мен сипаттамасы туралы тұ жырым жасауғ а мү мкіндік береді. Ыстық газү рлеу домна пешіне пештабанның жоғ арғ ы бө лігінің шең бері бойынша орналасқ ан фурмалар арқ ылы беріледі. Газү рлеу фурмалардан 200-300 м/с жылдамдық пен жә не 0, 2-ден 0, 4 МПа дейінгі қ ысыммен шығ ады, бұ л тотық сыздандыру газдарының колошникте жоғ ары қ ысым болғ ан кезінде шикіқ ұ рам материалдарының бағ анасы арқ ылы ө туі ү шін қ ажетті. Кө рік пен иық тардағ ы реакциялар. Пештабаны мен иық тардағ ы жалғ ыз қ атты материал, ол кокс. Сұ йық шойын мен қ ож кокс қ абаты арқ ылы сү зіледі жә не пештабанның тө менгі бө лігінде жиналады, сол жерден кезең ді немесе ү здіксіз шығ арылады. Сұ йық шойын мен қ ождың кокстық қ абат арқ ылы сү зіліп ө туі кезінде тотық сыздану процесі аяқ талады, шойын кө міртегімен қ анығ ады, (СаО), P2O5, MnO жә не SiO2 қ осылыстардан фосфордың, марганецтің жә не кремнидің бө лшекті тотық сыздануы ө теді жә не осы элементтердің шойында еруі жү реді. Газү рлеу оттегісінің кокс кесектерімен жанасуы кезінде фурмалық аймақ та СО2 тү зіледі, ол ары қ арай кокспен ә рекеттесіп реакция бойынша СО тү зейді. Иық тар мен пештабанның тө менгі бө лігінің температурасы ‪ 1800—2400 К кезінде бұ л реакция аяғ ына дейін жү реді. Тү зілген фурмалық газ жоғ ары кө теріледі, қ опсығ ан кокс қ абатыарқ ылы ө те отырып, тө мен тү сетін коксқ а жә не шойын мен қ ождың тө мен ағ атын тамшыларына жылу береді. Балқ у аймағ ы. Балқ ыту аймағ ы домна пешінің жұ мысында ө те маң ызды роль атқ арады. Біріншіден, бұ л аймақ астың ғ ы жағ ындағ ы газ қ ысымының ә серінен жоғ арыда орналасқ ан шикіқ ұ рамдық материалдардың бағ анасын ұ стап тұ рады; екіншіден, балқ ыту аймағ ында кокс қ абаты тотық сыздандыру газының домна пешінің қ имасы бойынша радиалды таралуын қ амтамасыз етеді. Соң ғ ы фактордың ә рекеті, жұ мсартылғ ан жә не жартылай балқ ығ ан кеннің бос жыныстарының, флюстің жә не темірдің қ абаттары газ ағ ынын ө ткізбейтіндігімен тү сіндіріледі. Осының нә тижесінде колошникке жоғ ары кө терілетін газ балқ ыту аймағ ындағ ы кө лденең «кокстық саң ылаулар» арқ ылы ө туі қ ажет болады. Осығ ан байланысты кокс газдың ө туіне кедергінің тө мен болуын қ амтамасыз етеді. Сондық тан кокстың беріктілігіне жоғ ары талаптар қ ойылады, ол пештің балқ у аймағ ына тү скенге дейін ү йкелетін жә не жаншитын кү штерге қ арсы тұ рып, қ ажетті кесектер мө лшерін сақ тауы қ ажет.