3. Роль графита в структуре чугуна. Современные представления о процессе графитизации и формообразовании графита.

Чугун – самый распространенный конструкционный материал в машиностроении. Механические свойства

чугуна зависят от количества, формы и размеров Г. В обычном СЧ Г имеет форму розеток с крупными лепестками, оказывающими сильное надрезывающее действие на металлическую основу, следовательно, получается чугун с невысокими мех.свойствами.

повышение мех.свойств достигается за счет изменения количества, формы, размеров и характера распределения Г. Одним из наиболее распространенных методов воздействия на процесс графитизации является модифицирование расплава. Его проводят графитизирующими или стабилизирующими моджификаторами. К графитизирующим относятся: ФС, СК; к стабилиз.- марганец, хром, медь (они стабилизируют перлит). Модифицирование стабил.добавками проводят для формирования перлитной основы, уменьшения графитных включений и их количества.

Модифицирование СЧ графит.добавками уменьшает склонность к отбелу, уменьшает размеры лепестков Г. Модификаторы вводят в жидкий чугун при выпуске его из печи в ковш или непосредственно в литейную форму. Введение графит.модификатора способствует формированию большого количества центров кристаллизации Г. В структуре СЧ образуются мелкие, равномерно распределенные графитные включения.

Сфероид.модифицирование магнием, церием, иттрием и др. позволяет получить чугун с шаровидным или вермикулярным Г. Такая форма Г уменьшает надрезывающее дейстие шаровидн. Г по сравнению с пластинчатым. Для получения таких ВЧ используют кремнистые или безкремнистые лигатуры. Чугун с шаров. Г получают модифицированием сплавов, по составу близких к эвтектическим.

Вермикулярный Г имеет более компактную форму и может быть получен обработкой расплавов лигатурами, содержащими магний, титан, кальций.

Графитизация чугунов

Графитизацией называется процесс выделения графита при кристаллизации или охлаждении чугунов. Графит может образовываться как из жидкой фазы при кристаллизации, так и из твердой фазы. В соответствии с диаграммой Fe—C ниже линии C'D' образуется первичный графит, по линии E'C'F' — эвтектический графит, по линии Е'S' — вторичный графит и по линии P'S'К'— эвтектоидный графит.

Графитизация чугуна и ее полнота зависит от скорости охлаждения, химического состава и наличия центров графитизации.

Влияние скорости охлаждения обусловлено тем, что графитизация чугуна протекает очень медленно и включает несколько стадий:

•  бразование центров графитизации в жидкой фазе или аустените;

• диффузия атомов углерода к центрам графитизации;

• рост выделения графита.

Марганец препятствует графитизации, увеличивая склонность чугуна к отбеливанию. Сера является вредной примесью. Ее отбеливающее влияние в 5–6 раз выше, чем марганца. Кроме того, сера снижает жидкотекучесть, способствует образованию газовых пузырей, увеличивает усадку и склонность к образованию трещин. Фосфор не влияет на графитизацию и является полезной примесью, увеличивая жидкотекучесть серого чугуна за счет образования легкоплавкой (950–980) ° С фосфидной эвтектики.

4.Выплавка чугуна в вагранках. Металлургические и теплотехнические процессы плавки. Коксовые вагранки. Особенности плавки с основной футеровкой. Методы интенсификации процессов плавки. Использование кислорода при плавке.

При плавке в вагранке происходит теплообмен между топливом и шихтой, и химические взаимодействия между шлаком, газовой фазой и металлическими компонентами. Топливо – кокс. Основная горючая составляющая – углерод. Для образования жидкотекучего шлака в вагранки подеется известняк.

Методы интенсификации ваграночного процесса направлены на: 1) повышение температурного режима 2) Или на перегрев жидкого металла на желобе, в горне или копильнике. Для этого применяют подогрев дутья, обогащение его кислородом, подача части дутья через горн, применение карбида кальция.

Оптимальный режим работы вагранок: (1340-1400) – при холодном дутье; (1400-1450) – при подогретом дутье

Коксовые вагранки. Технологияя плавки должна обеспечить получение нужного и стабильного состава чугуна и высокой температуры металла при заданной производительности. Выполняются эти требования за счёт выбора соответствующего расхода кокса и дутья. Сложность процесса заклячается в том, что изменение расходов кокса или воздуха изменяет одновременно как температуру так и производительность вагранки.

Методы интенсификации: ваграночного процесса направлены либо на повышение температурного режима в вагранке, либо на перегрев жидкого металла на желобе, в горне или копильнике. Для повышения температуры металла применяется подогрев дутья, обогащение его кислородом, подача дутья через два ряда фурм, применение карбида кальция и подача части дутья через горн.

Наиболее простым методом обогащения дутья кислородом яв-ся его подача в воздухопровод перед фурменной коробкой. Во многих случаях обогащения дутья кислородом применяется в начальной стадии плавки. В этом случае увеличение содержание кислорода на 2% повышает температуру первого выпуска чугуна на 70 С

Карбиды кальция или кремния подают в вагранку вместе с коксом рабочей топливной калоши в кол-ве 2% от металлозавалки. Благодаря высокой температуре плавления, карбид кальция плавится в кислородной зоне и сгорает, выделяя 5500ккал/кг и повышая температуру в этой зоне.

Особенности плавки с основной Футеровкой: - не нашёл ничего подобного в Гиршовече

Вагранка представляет собой шахтную печь непрерывного действия, работающую по принципу противотока, в которой металл соприкасается с твердым топливом и продуктами его горения. Металлическая шихта, опускаясь вниз, нагревается и плавится за счет теплоты поднимающихся газов и затем перегревается при дальнейшем контакте с раскаленным коксом.

Вагранки бывают: открытые, закрытые, полузакрытые. По использованному топливу бывают: коксовые, газовые, коксогазовые. По использованию тепла отходящих газов: без использования, с использованием физического и химического тепла, с использованием химического тепла.

Вагранку можно разделить на 5 зон: 1) зона перегрева шихты. Здесь газы движутся навстречу шихтовым материалам и нагревают их. Кокс, нагреваясь до 100 ⁰С, теряет влагу. Загружается известняк, полностью диссоциируется: СаСО₃→СаО+СО₂.

2) плавильная зона. Шихта плавится с поверхности. Капли металла уходят вниз, проходят через холостую колошу и попадают на подину горна. Здесь происходит перегрев металла, образование шлака и его перегрев. Изменение хим.состава металла происходит за счет угара или пригара каких-либо элементов и происходит сгорание кокса.

3) восстановительная зона.

4) окислительная зона

Капли металла перегреваются вследствие излучения раскаленного кокса, а также высокой температуры газов. Повышается температура чугуна за счет теплоты окисления примесей чугуна.

5) горновая зона. Зона горна для накопления металла, уменьшается температура, изменяется хим.состав за счет контакта с углеродом из кокса и насыщение серой.

Футеровка: шамотная (35% оксида алюминия, 60% оксида кремния).

Шихта: доменный чугун (литейный, передельный), стальной лом, чугунный лом, ферросплавы.

Топливо: используется кокс. Он должен давать высокую Т, иметь минимальную реакционную способность, мех.прочность, пористость не более 30%, без трещин, %серы менее 1,4%, зольность менее 10-12%.

Флюсы – для вязкости шлака – СаСО3, плавиковый шпат.

Тепловые процессы: определяются горением топлива, теплообменом между топливом, продуктами его сгорания и шихтовыми материалами, а также хим.взаимодействием между металлическими компонентами, шлаком и газовой фазой. Ф зоне фурм – избыток кислорода.

С+О2=СО2+тепло

2С+О2=»СО+тепло

Чтобы уменьшить Т чугуна при выпуске, нужно снизить Т дутья и его расход. Но охлаждение более инерционный способ, чме нагрев. Высокая Т выпуска метла нужна для тонкостенных отливок. Для повышения Т металла нужно увеличить Т дутья и его расход. Кислород можно пропускать через 2 ряда фурм. Увеличение Т дутья на 100 ⁰С или увеличение расхода кислорода на 1% увеличичвает Т металла на 10-25 ⁰С.

Методы интенсификации ваграночного процесса направлены на: 1) повышение температурного режима 2) Или на перегрев жидкого металла на желобе, в горне или копильнике. Для этого применяют подогрев дутья, обогащение его кислородом, подача части дутья через горн, применение карбида кальция.

Оптимальный режим работы вагранок: (1340-1400) – при холодном дутье; (1400-1450) – при подогретом дутье.

При основной плавке окисляется Si.

БИЛЕТ№3