14. Значение чёрных металлов в общественном производстве. Влияние химического состава на свойства чугуна.

Черные металлы применяются в авиа- и дизелестроении, тяжелом машиностроении, в химической и нефтяной промышленности.

Влияние кремния. Кремний является компонентом, который способствует выделению графита. Увеличение массового содержания кремния в чугуне приводит к уменьшению в нем количества цемента и, следовательно, к улучшению обрабатываемости его режущим инструментом.

Влияние марганца. С углеродом марганец образует карбидмарганца. При небольшом содержании марганец повышает прочность чугуна. При значительном содержании он препятствует процессу графитизации и таким образом получается белый чугун.

Влияние серы. Сера понижает жидкотекучесть чугуна, делая его густым, плохо заполняющим форму, препятствует выделению графита и придает чугуну хрупкость. При остывании отливок с повышенным содержанием серы образуются трещины — красноломкость.

Влияние фосфора. Фосфор понижает механические свойства чугуна, придает ему хрупкость в холодном состоянии. Фосфор повышает износоустойчивость чугуна, понижает температуру плавления, увеличивает его жидкотекучесть и уменьшает усадку. Это позволяет получить из фосфористого чугуна тонкие отливки с чистой и гладкой поверхностью.

Легирующие элементы позволяют целенаправленно изменять свойства чугуна: повышать прочность, твердость, износостойкость, коррозионную стойкость.

Чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде цемента, называется белым чугуном. Белый чугун отличается высокой твердостью (НВ 450—500) и хрупкостью, обработке резанием не поддается. Основное количество белого чугуна идет на передел в сталь.

Чугуны, содержащие свободный углерод в виде графита, называют серыми. При прочих равных условиях, чем больше мелких и округлых включений содержится в графите, тем прочнее и пластичнее будет чугун.

Свойства чугуна определяются структурой металлической основы, формой, количеством и размерами графитовых включений. Металлическая основа чугуна аналогична по строению и близка по свойствам стали.

По типу структуры металлической основы различают перлитные (наиболее прочные), ферритно-перлитные и ферритные (наименее прочные) серые чугуны. Ферритный чугун обладает более высокой пластичностью, чем перлитный, но меньшей твердостью. По сравнению со сталью ковкий чугун более дешевый, имеет лучшие литейные свойства, меньшую чувствительность к надрезам, прекрасно гасит возникающие в нем вибрации.

По сравнению с серым чугуном ковкий чугун более пластичный, вязкий и прочный. Серьезным конкурентом ковкого чугуна является высокопрочный чугун, у которого высокие механические свойства получены при менее сложных технологических процессах.

Основным классификационным признаком чугуна как товарной продукции является его назначение. По этому признаку его делят на предельный, литейный и чугуны специального назначения.

15. Технология доменного производства. Характеристика сырья, требования к качеству, исходы материалов.

Технология доменного производства.

Чугун – сплав железа с углеродом, в котором углерода более 2,14%. Чугуны это сплавы в которых имеется эвтектика. По сравнению со сталями в чугунах температура конца кристаллизации постоянна и составляет 1147 градусов. Низкая температура кристаллизации и хорошая жидкотекучесть чугуна позволили использовать чугуны в качестве одного из литейных сплавов. 94% всех металлов на земле черные, 74% металлов в машиностроении черные.

Железная руда- бывают богатые (от 20%) и бедные.

Компоненты сырья:

Жел. руда (оксиды и пустые породы, железняки)

Топливо (кокс, природный газ, мазут)

Флюс (собрали вредные примеси: серу, фосфор) ;

Осн видом сырья явл жел руды, кот представляют собой горные породы, содержащие гл образом хим соед железа с кислородом и пустые породы, сост из кремнезема, глинозема, оксидов кальция, магния и др. ценность жел руды опр-ся сод в ней железа, стпенью востановимости, видов и состава пустых пород. Сод вр рпимесей.

Пром знач имеют:

*магнитные железняки (окислы) сод 45-70% железа мало вр прим , облад магнитными св-ми, трудно востанавл, цвет темный.

*Красные железяки сод 55-60% жел практич без вр прим легко вост цвет от вишнево-красного до темносерого *бурые железняки 35-50% жел в виде цвет бурый сод много вр прим легко вост

*железный штат (карбонат) сод 30-45% Цвет желтовато-бурый, сероватый, иногда с бурым или зел оттенком

Ел руды. Кроме осн компанента сод никель ванадий кобальт и др. При дом плавке они переходят в чугун легируют его и улучш физ-хим св-ва. При знач сод этих Эл-ов стан возможным и эк-ки целесообр их попутное извлечение указ руды наз комплексные к ним отн

хромоникелевая руда, ванадистые руды, хромистый железняк. Кроме жел руд для выплавки руд исп железосодержащие отходы мартеновского пр-ва и марганцевые руды Исп тепла для расплавления руды служит топливо. В кач-ве топлива д/пр-ва ч-на исп:

*кокс – получ из коксующих углей путем их нагрева в спец печах до 1000-1100 градусов без доступа воздуха

*прир газ применение которого способствует более рац исп кокса уменьш его расхода (существенно сказывается на снижении себест-ти ч-на,)

В число сырых материалов входят флюсы минер вещ-ва добавл в шихту для пониж темп плавл пустой породы и удаления в виде шлака ненужных компанентов(золы серы пустой породы)

Пустые породы в осн сост из кислых оксидов. В кач-ве флюсов прим известняк, доломент, осн мартеновский шлак.

Ушли: коксующие, пористые, спекающие

ШИХТА—руда топливо и флюсы., взятые в опр дозах

Требования к топливу:

*выс теплота сгорания *недольшая зольность

*низкое сод вр прим *макс сод углерода

*низкое сод влаги *эк чист

*прочное и дост-но пористое

Подготовка шихт мат-ов:

1)поверг подг руду: она должна иметь требуемый размер(20-40мм), пров усреднение руд по хим сост. Мелкие и пылевидные фракции подвергаются окускованию, крупные – дроблению.

Бедные руды подверг обогащению, в пр-се чего удаляется знач часть пустой породы, возраст сод железа.

Способы обогащения:

-гравитационный

-магнитный

-флотационный

2) далее агломерация(окускование) При исп офлюсов агломерта сниж расход кокса и известняка, улучшу сл плавки и технико-эк показатели раб доменных печей.

АКАЛКАНИЕ – окатывание частиц исх шихты и последующий обжиг с получ окатышей (25-30мм)

Чугун выплавляют в доменных печах. Доменная печь представляет собой башню высотой примерно 36 метров, состоящую из двух усеченных конусов, прикасающихся широкими основаниями к невысокому цилиндру.

Технико-эк пок-ли:

Производит-ть, кач-во, себест-ть, интенсивность. Снаружи дом печь имеет металлич кожух. Внутри выложена огнеупорным кирпичом.

Сущность доменного процесса состоит в восстановлении железа из оксидов в руде, науглероживании железа и ошлаковании пустой породы.

Доменный процесс работает по принципу противотока. Шихтовые материалы, состоящие из металлизованных окатышей, кокса и флюса постепенно опускаются вниз, а навстречу им движется поток газов, образующихся при сгорании топлива . При темп 500-900 град происх осн пр-сс плавки – вост жел из руды Сверху поступает шихта, снизу воздух, тем самым горит кокс, плавится руда.

Вост оксидов жел оксидами углерода наз косвенное вост

Прямое вост – коксом. Вост т.о. жел нах в виде твердой губчатой массы по мере насыщ его С плав и стекает в горн печи одновр идет пр-сс вост оксчидов магния, Р, силициума. Сера и Р вр прим, кот ухудш физ-мех св-ва ч-на. Для удаления серы необх выс темп и избыток своб извести. Что дорого след пров обессеривание ч-на вне домны.

в печи проих плавл пустой породы и в пр-ссе взаимод извести и пустой породы образ-ся шлак, кот стек в горн печи и всплывает на пов-ть ч-на.

Продукты доменного производства.В домне получают чугуны разного состава и назначения. По назначению чугуны разделяют на литейные(20%) (их используют для изготовления чугунного литья, разл деталей, хар-ся повыш сод кремниядо 4%, способствует выд С в виде графита), передельные (из которых затем выплавляют сталь. Отлич повыш твердостью и хрупкостью), спец назначения (сплавы с выс осд одного или 2-х осн компанентов.). В некоторых доменных печах выплавляют доменные для легирования стали кремнием и марганцем. Но основный продукт современных доменных печей – передельный чугун (около 80% выхода). Продуктами доменной плавки является доменный газ, который используется в качестве топлива для нагрева воздухонагревателей доменных печей, водяных и паровых котлов, доменный шлак – сплав пустой породы флюсов и золы кокса, его широко применяют в строительстве в изготовлении щебенки, шлаковой ваты, ферросплавы - сплавы железа с кремнием, хромом и другими металлами, используемые в дальнейшем для легирования сталей в процессе их выплавки, колошниковая пыль изгот и исп при изгот агломерата.