Тема: Виробництво чавуну і сталі.
План
Характеристика чавуну і сталі.
Загальні способи добування металів.
Виробництво чавуну.
Методи інтенсифікації доменного процесу. Показники ефективності роботи доменної печі.
Виробництво сталі.
Способи виплавляння сталі.
Очищення сталі і способи її переробки.
Характеристика чавуну і сталі.
Серед металів, які використовує людина, залізо (та його сплави) за обсягом і сферами застосування посідає перше місце – майже 95 %.
На практиці використовують не чисте залізо, а його сплави, і передусім з вуглецем. У техніці залізом називають чорний метал, масова частка Карбону в якому становить менше 0,2%. За вмістом Карбону всі сплави заліза поділяють на чавуни і сталі. До сталей належать залізні сплави, масова частка Карбону в яких становить від 0,2 до 2%, до чавунів – із вмістом Карбону понад 2% (звичайно 3,5–4,5%).
Із збільшенням вмісту Карбону в сплаві збільшується вміст цементиту Fe3C, який утворюється завдяки зв’язуванню залізом вільного вуглецю. Одночасно зростає твердість і міцність сплаву й знижується його пластичність.
Якщо в чавуні значна частка Карбону перебуває у вигляді цементиту, то такий чавун називають білим. Через високу твердість і крихкість його важко обробляти на верстатах, тому білий чавун переробляють на сталь. З цієї причини його ще називають переробним чавуном.
При повільному охолодженні розплавленого чавуну частина цементиту розпадається з виділенням вільного вуглецю у вигляді графіту. Такий чавун називають сірим, або ливарним. Він більш м’який, менш крихкий і добре обробляється на верстатах.
Сталі за складом поділяються на:
вуглецеві,
леговані.
Вуглецевими називають такі сталі, властивості яких визначаються вуглецем, а інші домішки істотно не впливають на них. За вмістом вуглецю розрізняють маловуглецеві (до 0,3% С), середньо-вуглецеві (від 0,3 до 0,65%) і високовуглецеві (від 0,65 до 2% С). З низьковуглецевої сталі виготовляють покрівельне (дахове) залізо, стальні листи, чорну і білу жерсть, що широко використовується для виготовлення тари, м’якого дроту; із середньовуглецевої – труби, рейки, дріт, деталі машин; з високовуглецевої в основному виготовляють різний інструмент,
Легованими називають такі сталі, які містять, крім вуглецю, інші добавки, що спеціально вводяться для надання сталі певних властивостей. Такими добавками найчастіше бувають Сr, Мn, Ni, V, W, Мо та інші легуючі елементи. Хром надає сталі підвищеної твердості і корозостійкості, манган – міцності, нікель – пластичності і в’язкості, ванадій і молібден – міцності при високих температурах, вольфрам – твердості і жаростійкості.
Наприклад, манганцевисті сталі (8–14% Мn) мають високу протиударну стійкість. Їх використовують для виготовлення дробарок, шарових млинів, рейок. Хромо-молібденові та хромо-ванадієві сталі ідуть на виготовлення колон синтезу, які працюють під високим тиском і при підвищеній температурі. З хромо-нікелевої, або нержавіючої сталі виготовляють хімічні реактори, трубопроводи, кухонний посуд, виделки, ножі та ін. Вольфрамова сталь (до 20% має здатність самозагартовуватись, тому з неї виготовляють швидкорізальні інструменти. Ця сталь не втрачає твердості навіть при нагріванні до червоного розжарення. Тому застосування різців, виготовлених із вольфрамової сталі, дає змогу значно підвищити швидкість різання металів. Хромо-вольфрамові сталі мають високі твердість, зносо- та жаростійкість. З них виготовляють бурові інструменти, деталі реакторів, робочі частини різальних апаратів.
Сталі поділяють на низьколеговані, в яких масова частка легуючих елементів не перевищує 3–5%; середньолеговані (5–10%) і високолеговані (10% і вище).
Крім того, сталі класифікують за призначенням:
будівельна (конструкційна),
машинобудівна,
інструментальна
спеціальна сталь (з особливими властивостями).
Деякі домішки погіршують властивості сталі. Так, сірка надає сталі червоноламкості – крихкості під час червоного розжарювання; фосфор – холодноламкості, тобто крихкості при звичайній і низькій температурах; азот і водень – газопоруватості, крихкості. У зв’язку з цим за кількістю шкідливих домішок в сталі ретельно стежать, їх вміст регламентує державний стандарт.