навантаженні Р=0,05>5Н (5>500 г). Число твердості Н розрахову- ють за тією самою формулою.

Метол ТТТоря. Застосовують для м'яких матеріалів (гума, пласт- маси). Полягає у визначенні висоти підстрибування твердого тіла визначеної маси скинутого з певної висоти. Найбільша твердість «100».

3.3. Чавуни та їх характеристика

Чавун — залізовуглецевий сплав який містить більше 2,14% вуглецю (до 6,67%).

Чавун виготовляють в доменних печах, що являють собою пла- вильні агрегати шахтного типу які працюють за принципом проти- току. Сутність процесу отримання чавуну полягає у відновлені ок- сидів заліза у складі руди твердим розжареним вуглецем, воднем або оксидом вуглецю (чадним газом CO) який виділяється при згорянні палива.

Для виплавки чавуну в доменних печах використовують залізні руди, паливо, флюси.

Для нормальної роботи доменної печі потрібно, щоб шматки ма- теріала були оптимального розміру (30>80 мм). До руд заліза відно- сять магнітний залізняк Fe₃0₄ (магнетіт), червоний залізняк Fe₂0₃ (гематит), бурий залізняк 2Fe₂0₃*3H₂0, Fe₂0₃*H₂0 (лимоніт) та шпа- товий залізняк FeC0₃. Перспективним є використання агломерата або офлюсованого агломерата.

Флюси — мінеральні домішки, що понижують температуру плав- лення пустої породи і переводять її у легкоплавкі шлаки. Вони ви- даляють з метала сірку яка при плавці переходить з кокса та заліз- ної руди. При роботі доменної печі на коксі використовують вапняк СаС0₃, доломіт, кремнезем та глинозем.

Кокс — продукт перегонки кам'яного вугілля без доступу по- вітря. Його використовують як джерело енергії та як хімічний реа- гент, що відновлює залізо з окислів. З метою економії частину коксу замінюють природними газом, мазутом або пиловидним паливом. На коксі виплавляють більше 98% всіх чавунів. Тільки при вип- лавці чистих по сірці чавунів використовують деревне вугілля.

Сутність доменної плавки полягає у роздільному завантаженні у верхню частину печі (колошник) руди (агломерата), кокса та флюсів

3. Металознавство та металопродукція

10 7

з допомогою засипного пристрою так, щоб вони розмістились про- шарками. У верхній частині горна (мал.3.14) знаходяться фурми через які подають гаряче повітря (+900>+1200°С) збагачене кис- нем, що необхідно для інтенсифікації процесів горіння та зниження витрат коксу. При горінні коксу розвивається температура більше 2000°С і утворюється газовий потік, що складається з CO, С0₂, N₂, Н₂, СН₄ та інших газів. Вони піднімаючись віддають тепло шихто- вим матеріалам і нагрівають їх. Шихта поступово опускається на- зустріч гарячим газам і при температурі приблизно 570°С почина- ються складні фізико-хімічні процеси. При горінні коксу відбува- ються реакції:

С + 0₉=С0₉ С0₂+ С"= 2 CO

Відновлення заліза починається від вищих оксидів до нижчих: Fe₂0₃-> Fe₃0₄-> FeO -> Fe

Насичення заліза вуглецем відбувається за схемою: 3Fe + 2 CO = Fe₃C + С0₂

Сплав заліза з вуглецем має температуру плавлення нижчу ніж чисте залізо. Утворюються краплі чавуну, які стікають вниз і нако- пичуються у горні. Шлак накопичується на поверхні чавуну. Випус- камий з доменної печі шлак зливають у шлаковозні чаші, а чавун — у чавуновозні (80>100т) ковші.

Вироблювані шлаки широко використовують у промисловості. На більшості заводів їх гранулюють, виливаючи з чаш у великі басейни. Отримані шлакові гранули переробляють у цемент та буді- вельні матеріали (шлаковату для теплоізоляції, шлакові блоки та інше). У верхній частині печі відділяють колошникові гази (CO — 26>32%, С0₂ — 9>14%, N — 54>58%) з теплотворною спроможн- істю 4000Дж/м³. Після очистки від пилу (50 кг на 1 т чавуну) його використовують як паливо для нагрівання повітря подаваємого у доменні печі.

3.3.1. Класифікація, асоримент і маркування чавунів

Вироблюванні чавуни класифікують за певними ознаками (мал. 3.15).

Вуглець у чавунах знаходиться як у зв'язаному стані (у вигляді цементіта Fe₃C) так і у вільному (у вигляді графітових вкраплень). Кількість, форма та розмір графітових вкраплень визначають ос- новні механічні властивості чавунів. Чим вони дрібніші, тим більше

84

Частина І

1 - горн; 2 - фурми; 3 - заплечики; 4 - розпар; 5 - шахта; 6 — колошник; 7 — прийомний бункер;8 — засипний аппарат; 9— навантажувач; 10 - малий конус засипного апарата; 11 — проміжний бункер (чаша); 12 - підйомник навантажувача; 13 - великий конус засипного апарата; 14 - фурмовий пристрій; 15 - лещадь; 16 — шлакова льотка; 17 — чавунна льотка

3. Металознавство та металопродукція

10 7

ізольовані одна від одної, тим вище механічні властивості чавунів. При зменшені кількості вуглецю погіршуються ливарні властивості та підвищуються механічні властивості. Кремній — головний еле- мент який підвищує ливарні властивості. Марганець нейтралізує шкідливий вплив сірки, підвищує механічні властивості та погіршує ливарні властивості. Фосфор сильно підвищує ливарні властивості, твердість і крихкість. Сірка погіршує ливарні властивості та оброб- люваність різанням. Хром звичайно вводять разом з нікелем для підвищення зносостійкості та жаростійкості. Молібден вводять для відливок, що працюють при підвищених температурах. Алюміній вводять для жаростійких відливок, що працюють при температурах до + 900°С. Титан сприяє підвищенню міцності відливок.

Властивості чавунів визначаються будовою їх металічної основи і вкрапленнями графіта.

86

Частина І