Лекция 9
Производство чугуна и стали
1) Железные руды. Теоретические основы доменного процесса.
2) Оптимальные условия доменного процесса. Устройство доменной печи. Железные руды. Теоретические основы доменного процесса.
1.1 Физико-химические свойства железа.
Железо представляет собой твёрдый светло-серебристый металл, легко поддающийся ковке, прокатке, штампованию и волочению.
Железо (Ferrum) – принадлежит к 8 группе химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева, атомная масса 55,847, атомный номер 26, плотность 7,874 г/см3, серебристо – белый блестящий пластичный металл, температура плавления 1535 oС.
Железо достаточно распространено в земле (4 место) находится на 2 месте после алюминия. Процентное содержание 4,65 %.
Техническое железо и его сплавы коррозируют в атмосфере паров воды, оксида углерода (IV) и кислорода с образованием пористого слоя гидратированного оксида железа (II).
НО: В отсутствии влаги чистый металл химически стоек, не реагирует с кислородом, серой, галогенами, однако в высокодисперсном состоянии пирофорен.
В соответствии с промышленной классификацией металлов к чёрным металлам относится железо и его сплавы с углеродом – железоуглеродистые сплавы. Название «черный металл» произошло от черного цвета окалины, образующейся на поверхности при нагревании.
Классификация черных металлов.
В основу классификации черных металлов положен их химический состав. На основании содержания углерода все железные сплавы делят на чугуны и стали. Сталями называют железные сплавы с содержанием углерода до 2.14 %, а чугунами – с содержанием углерода более 2.14 % (обычно от 3.5 до 4.5 %). В общем случае черные металлы — это сложные системы, которые помимо железа и углерода содержат разнообразные примеси (серу, азот, фосфор, кремний и др.), вносимые в металл из исходного сырья в процессе производства, а также металлы целенаправленно добавляемые с целью придания сплаву определенных свойств.
Стали
делят на углеродистые,
в которых другие металлы содержатся в
незначительных количествах и не влияют
на их свойства и легированные,
в состав которых введены такие ме
таллы,
как хром, никель, вольфрам, ванадий,
молибден, и др. для придания им определенных
свойств. По содержанию углерода
углеродистые стали делят на низко ,
средне- и высокоуглеродистые.
Чугуны делят на белые (передельные), серые (литейные) и модифицированные.
Белые чугуны содержат углерод в форме карбида железа FeС (цементита) и образуются при кристаллизации расплавов.
В серых чугунах углерод находится частично в виде графитовых включений различной конфигурации, выделяющихся из жидкой или твердой фазы при медленном охлаждении (графитизация).
Модифицированные чугуны содержат добавки, улучшающие распределение графита и структуру чугунов (кремний, магний, алюминий).
Особую группу черных металлов составляют ферросплавы — малоуглеродистые сплавы железа с высокой концентрацией других элементов: ферромарганец, ферросилиций, феррохром и т.п.
На рис. 9.1 представлена классификация черных металлов по химическому составу.
Рис. 9.1 Классификация черных металлов по химическому составу.
Применение черных металлов
Область применения чёрных металлов как конструкционных материалов чрезвычайно разнообразна и практически неограниченна.
Широкое использование черных металлов обусловлено:
– богатой сырьевой базой,
– относительной простотой производства
– высокими механическими свойствами. Различные железоуглеродные сплавы составляют около 92% от всех производимых металлов.
По данным ЮНЕСКО мировое производство чугуна в 2000 году достигло ~ 1000 млн. тонн, а стали – 1200 млн. тонн, что составило 500-700 кг на душу населения земли.