- •1. Зміст дисципліни
- •2. Загальна характеристика металів та розвиток науки про них
- •Розділ 1.1 виробництво чавуну
- •1.1.1. Вогнетривкі матеріали
- •1.1.3. Залізні та марганцеві руди
- •1.1.4. Флюси
- •1.1.5. Підготовка залізних руд до плавлення
- •1.1.6. Будова доменної печі та її допоміжних агрегатів
- •1.1.7. Доменний процес
- •1.1.8. Продукти доменного виробництва
- •1.1.9.Техніко-економічні показники виробництва чавуну
- •1.2.1. Суть процесу
- •1.2.3. Виробництво сталі в кисневих конвертерах
- •1.2.4. Техніко-економічні показники виробництва сталі в кисневих конвертерах
- •1.2.5. Виробництво сталі в електропечах
- •Розділ 1.3 розливання сталі
- •1.3.1. Розливання сталі у виливниці
- •1.3.2. Будова сталевого зливка
- •1.3.3. Безперервне розливання сталі
- •1.3.4. Рафінування сталі поза межами виплавлювального агрегату
- •1.4.1. Руди алюмінію
- •1.4.2. Виробництво глинозему
- •1.4.3. Електроліз глинозему
- •1.4.4. Рафінування алюмінію
- •Розділ 1.5 металургія міді
- •1.5.1. Руди міді
- •1.5.2. Збагачення мідних руд
- •1.5.3. Випалювання мідних руд
- •1.5.4. Отримання мідного штейну
- •1.5.5. Отримання чорнової міді
- •1.5.6. Вогняне рафінування чорнової міді
- •1.5.7. Електролітичне рафінування міді
- •Розділ 1.6 виробництво титану
- •1.6.1. Руди титану
- •1.6.2. Отримання титанового шлаку
- •1.6.3. Отримання чотирихлористого титану
- •1.6.4. Відновлення титану
- •1.6.5. Отримання зливків титану
- •Матеріалознавство
- •2.1.1. Класифікація металів
- •2.1.2. Електронна будова атома та періодична система елементів
- •2.1.3. Типи міжатомних зв'язків у твердих тілах
- •2.1.4. Кристалічна будова металів
- •2.1.5. Дефекти кристалічної будови
- •2.1.5.1. Точкові дефекти
- •2.1.5.2. Лінійні дефекти
- •2.1.5.3. Поверхневі дефекти
- •2.1.5.4. Об'ємні дефекти
- •Розділ 2.2 кристалізація металів
- •2.2.1. Енергетичні умови процесу кристалізації
- •2.2.2. Механізм кристалізації
- •2.2.3. Кінетика кристалізації
- •2.2.4. Поліморфні перетворення
- •Розділ 2.3
- •2.3.1. Поняття про напруження
- •2.3.2. Пружна і пластична деформації металів
- •2.3.3. Наклеп
- •2.3.4. Відмова
- •2.3.5. Рекристалізація
- •2.3.6. Механічні властивості металів
- •2.3.6.2. Пластичність
- •2.3.6.3. Твердість
- •2.3.6.4. Ударна в'язкість
- •2.4.1. Сплави
- •2.4.2. Поняття про діаграми стану
- •2.4.3. Правило фаз
- •2.4.4. Діаграма стану сплавів, компоненти яких утворюють необмежені тверді розчини
- •2.4.5. Правило відрізків
- •2.4.6. Діаграма стану сплавів, компоненти яких утворюють обмежені тверді розчини та евтектику
- •2А.7. Діаграма стану сплавів з перитектичним перетворенням
- •2.4.8. Діаграма стану сплавів з утворенням хімічної сполуки
- •2.4.9. Про зв'язок властивостей сплаву з типом діаграми
- •Розділ 2.5 залізовуглецеві сплави
- •2.5.1. Компоненти залізовуглецевих сплавів
- •2.5.2. Фази системи залізо-вуглець
- •2.5.3. Діаграма стану залізо-вуглець
- •Розділ 2.6 вуглецеві сталі
- •2.6.1. Вплив вуглецю
- •2.6.2. Вплив постійних домішок на властивості сталі
- •2.6.3. Класифікація вуглецевих сталей
- •2.6.3.1. Сталі звичайної якості
- •Розділ 2.7 чавуни
- •2.7.1. Білі чавуни
- •2.7.2. Графітизація чавунів
- •2.7.3. Діаграма стану залізо-графіт
- •2.7.4. Вплив домішок і швидкості охолодження на структуру та властивості чавунів
- •2.7.5. Чавуни з пластинчастим графітом (сірі чавуни)
1.2.4. Техніко-економічні показники виробництва сталі в кисневих конвертерах
До головних техніко-економічних показників виробництва сталі в кисневих конвертерах належать: продуктивність конвертера, витрата кисню на одиницю продукції.вихід рідкої сталі тощо.
Продуктивність великотоннажних конвертерів на 250...400 т сягає 400...500 т сталі за годину, що істотно перевищує цю ж характеристику мартенівських чи електросталеплавильних печей.
Витрата кисню становить 50...60 м3 на тонну виплавленої сталі.
Вихід рідкої сталі відносно маси металу в шихті — 89...92 %.
1.2.5. Виробництво сталі в електропечах
В електропечах виробляють високоякісні конструкційні, інструментальні та спеціальні сталі з мінімальним вмістом шкідливих домішок й неметалевих вкраплень. Електросталеплавильні печі поділяють на дугові та індукційні.
Джерелом теплоти дугової електропечі є електрична дуга, що горить між електродом і шихтою.
Основою печі служить циліндричний корпус зі сферичним дном, який складається із сталевого кожуха 9 (рис. 1.2.4) і футерівки 1 (основної або кислої). Корпус накритий знімним склепінням 5 з трьома отворами для графітизованих електродів 4. Кожен електрод закріплений в окремому електродотримачі 6 і може разом з ним незалежно від інших електродів переміщатись у вертикальному напрямку. Живляться електроди від трифазного трансформатора. В корпусі є вікно 8, заслонене відсув-
1 — футерівка; 2 — жолоб; З — виливний отвір; 4 — електрод; 5 — склепіння;
б — електродотримач; 7 — відсувна плита; 8 — вікно; 9 — кожух
ною плитою 7. Навпроти вікна розташовані виливний отвір 3 і жолоб 2. Довжина кожної дуги регулюється автоматично підніманням і опусканням електрода. Місткість дугових печей доходить до 400 т.
Порожнину печі завантажують згори, попередньо піднявши і відвівши вбік склепіння разом з електродами або піднявши склепіння і викотивши корпус з-під нього. Після завантаження шихти піч накривають склепінням, електроди опускають, вмикають струм і запалюють три незалежні дуги. Висока температура дуги сприяє швидкому розплавленню шихти. Крізь вікно контролюють плавлення і при потребі закидають у піч флюси, феросплави та легувальні речовини. Спеціальним механізмом (на рисунку не зображений) нахиляють піч для згрібання шлаку і окремо для виливання металу.
Сталь виплавляють переважно в печах з основною футерівкою, рідше з кислою методом з оксидацією домішок і значно рідше методом переплаву (без оксидації).
Метод з оксидацією вибирають для виплавлення конструкційних вуглецевих сталей. Шихтою служать металевий брухт (до 90 %), чушковий переробний чавун, залізна руда або окалина, розбиті електроди або кокс, феросплави та флюси (вапно і плавиковий шпат). Процес складається із двох періодів — оксидаційного й відновлювального.
Протягом оксидаційного періоду в печі з основною футерівкою відбувається оксидація кремнію, марганцю, вуглецю й частково заліза киснем пічної атмосфери й оксидами заліза. Оксидацію інтенсифікують, продуваючи розплавлений метал киснем. Утворені оксиди кремнію, марганцю й заліза переходять у шлак, оксид фосфору зв'язується в хімічну сполуку з оксидом кальцію, а оксид вуглецю виходить з розплаву в атмосферу. Реакції оксидації подані в п. 1.2.3. Оксидація вуглецю спричинює кипіння ванни й додаткове очищення металу від газів і шлаку.
Шлак зливають крізь вікно дугової печі у шлакову чашу, легко нахиляючи піч управо. Зливши шлак, у піч подають свіжу порцію флюсу.
Відновлювальний період передбачає дезоксидацію, десуль-фурацію й доведення металу до заданого хімічного складу. У піч повторно подають флюси та активні дезоксидатори — подрібнені кокс і феросиліцій. Унаслідок реакцій
FeO + C = Fe + CO; (1.2.11)
FeO + Si = 2Fe + Si02 (1.2.12)
кількість оксиду заліза FeO у шлаці істотно зменшується, що спричинює перехід FeO з рідкого металу у шлак. Отже, особливість такої дезоксидації у тому, що дезоксидуготь шлак, а через нього — метал. Завдяки високій концентрації в шлаці СаО з металу активно вилучається сірка відповідно з реакцією (1.2.7). Для остаточної дезоксидації застосовують алюміній (див. реакцію (1.2.10)).
Методом переплаву одержують переважно леговані сталі і зводиться він по суті до розплавлення шихти з легованих відходів. Завдяки відсутності оксидаційного періоду процес істотно скорочується. Впродовж виплавлення не виключена часткова оксидація деяких легувальних елементів. Рідку сталь дезоксидуготь через шлак і при потребі додають легувальні елементи.
В індукційних електропечах змінний струм індуктора збуджує в металевій частині шихти потужні вихрові струми, які нагрівають і розплавляють шихту. В цих печах виплавляють дуже якісні жаростійкі, жароміцні та інші сталі.
Індукційна тигльова електропіч складається з тигля З (рис. 1.2.5), накритого знімною покришкою 4, корпуса / і водоохолоджуваного індуктора 2. Тигель виготовляють з основних або кислих вогнетривких порошків, скріплених зв'язкою. Знявши покришку, тигель завантажують шихтою. Рідкий метал випускають з печі у розливний пристрій, нахиляючи її в бік розливного носика 5.
В індукційних печах сталь виробляють методом переплаву з шихтових матеріалів, що містять невелику кількість шкідливих домішок. Ці печі компактні, високопродуктивні, забезпечують незначні втрати легувальних елементів, конструкція печі дає змогу проводити плавлення в контрольованій атмосфері або у вакуумі. їхнім недоліком є малий коефіцієнт корисної дії на стадії розплавлення металу й низька температура шлаку. Цим пояснюється невисока активність шлаку та його обмежена здатність зменшувати в металі кількість шкідливих домішок.
